JP2014238598A - Liquid crystal device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal device exhibiting image characteristics with high contrast and a wide viewing angle and fast in-plane switching and permitting display of moving images.SOLUTION: The liquid crystal device is driven by a linear coupling such as ferroelectric coupling and/or flexoelectric coupling between an inhomogeneous in-plane electric field generated by an electrode pattern 41, 42 over a first sub-volume of a bulk layer 44 adjacent to the electrode pattern 41, 42 and liquid crystals in a polarized state included in the first sub-volume and/or in an alignment layer 43 applied on the electrode pattern 41, 42. The polarization is stronger than any liquid crystal polarization of the bulk layer, outside (i) the first sub-volume and the alignment layer (43), and outside (ii) a second sub-volume of the bulk layer adjacent to an inner surface of the other substrate, or a second alignment layer or a second electrode pattern applied thereon.

Description

本発明は一般的には液晶の技術分野に関し、より詳細には、本発明は、分極状態にありかつ印加された面内電界内にある液晶の間で、線型結合、例えば強誘電結合および/またはフレクソエレクトリック(flexoelectric)結合により駆動される液晶デバイスに関する。   The present invention relates generally to the technical field of liquid crystals, and more particularly, the present invention relates to linear coupling, such as ferroelectric coupling and / or, between liquid crystals that are in a polarized state and within an applied in-plane electric field. Alternatively, the present invention relates to a liquid crystal device driven by flexoelectric coupling.

(技術的背景)
一般に、ネマチック液晶ディスプレイ(LCD)は、誘電結合、例えば液晶の誘電異方性(Δε)および電気光学的応答を生じさせる印加された電界に基づき作動する。この応答は印加される電界の二次式で表される。すなわち有極性ではなく、電界による液晶分子のスイッチングから生じる。従来のネマチックLCDでは、液晶分子のスイッチングは印加される電界の方向を含む面内で生じる。これにより、液晶サンドイッチセルを横断するように印加される電界が、分子を面外、すなわちセル基板に直交する面内での分子のスイッチングを生じさせる。しかしながら、この種のスイッチングは、視野角に大きく依存するコントラストを有する電気光学的応答を生じさせる。更に、応答の全時間(τ)、すなわち立ち上がり時間(τ)と降下時間(電界オフ)時間(τ)との合計であるスイッチング時間は、通常、動く画像を表示するには十分短い時間とは言えない。
(Technical background)
In general, nematic liquid crystal displays (LCDs) operate on the basis of dielectric coupling, such as the dielectric anisotropy (Δε) of the liquid crystal and the applied electric field that produces an electro-optic response. This response is expressed by a quadratic expression of the applied electric field. That is, it is not polar, but results from switching of liquid crystal molecules by an electric field. In a conventional nematic LCD, the switching of liquid crystal molecules occurs in a plane that includes the direction of the applied electric field. Thereby, an electric field applied across the liquid crystal sandwich cell causes the molecules to switch out of plane, i.e. in a plane perpendicular to the cell substrate. However, this type of switching produces an electro-optic response with a contrast that is highly dependent on the viewing angle. Furthermore, the total response time (τ), ie the switching time, which is the sum of the rise time (τ r ) and the fall time (field off) time (τ f ), is usually short enough to display a moving image. It can not be said.

他方、基板のうちの1つの内側表面に堆積される(面内電界を発生させる)電極が互い違いに配置されたパターンを有するLCDは、光軸の面内スイッチング(IPS)を生じさせるので、コントラストが視野角度にあまり依存しない画像を提供する。改良されたバージョンであるS−IPS(スーパー面内スイッチング)では、ヘリンボーン電極構造が使用されている。それにもかかわらず、このIPS−モードで作動するディスプレイのスイッチング時間は、高品位の動く画像を発生するには十分短い時間とは言えない。   On the other hand, an LCD having a pattern in which electrodes deposited on one inner surface of the substrate (generating an in-plane electric field) are staggered causes in-plane switching (IPS) of the optical axis, and thus contrast. Provides images that are less dependent on viewing angle. In an improved version, S-IPS (Super In-plane Switching), a herringbone electrode structure is used. Nevertheless, the switching time of a display operating in this IPS-mode is not short enough to produce high quality moving images.

フリンジ電界を発生する櫛歯状電極構造体により、面内電界を効果的に発生することができる。しかしながら、これらいわゆるフリンジ電界スイッチング(FFS)デバイスでも一般に誘電結合が使用されており、従って上記電界オフ時間が長くなるという問題は解決されていない。   An in-plane electric field can be effectively generated by the comb-like electrode structure that generates a fringe electric field. However, in these so-called fringe field switching (FFS) devices, dielectric coupling is generally used, and thus the problem that the electric field off time becomes long is not solved.

上記の場合では、電界オフ時間(τ)は印加される電界の大きさに依存しないが、立ち上がり時間(τ)は印加された電界の大きさに依存する。従って、立ち上がり時間は電界によって効率的に制御できるが、電界オフ時間は電界と無関係である。この電界オフ時間は、セルの特性、例えばセルギャップだけでなく液晶材料のパラメータ、例えば粘性および固体基板に対するアンカー強度によっても決定される。 In the above case, the electric field off time (τ f ) does not depend on the magnitude of the applied electric field, but the rise time (τ r ) depends on the magnitude of the applied electric field. Therefore, the rise time can be efficiently controlled by the electric field, but the electric field off time is independent of the electric field. This field off time is determined not only by cell characteristics, eg, cell gap, but also by liquid crystal material parameters, eg, viscosity and anchor strength to the solid substrate.

異なる光学的状態となるようにネマチック液晶をスイッチングするための公知の別の方法は、最初に変形されたネマチック液晶のフレクソエレクトリックバルク分極と、印加された電界との間の線型結合を利用している(ドゾフ他著、「ネマチック液晶におけるフレクソエレクトリック的に制御されたツイストテクスチャー」、ジャーナル・デ・フィジック・レター43号(1982年)、L−365〜L−369(非特許文献1)、およびコミトフ他著、「弱いアンカリングを有する可逆的にプレチルトされたネマチック液晶層における新規な有極電気光学的効果」、第3回国際ディスプレイ研究会議の議事録、1983年11月、神戸、日本(非特許文献2))。   Another known method for switching nematic liquid crystals to different optical states utilizes a linear coupling between the flexoelectric bulk polarization of the initially deformed nematic liquid crystal and the applied electric field. (Dozov et al., “Flexoelectrically controlled twist texture in nematic liquid crystal”, Journal de Physic Letter 43 (1982), L-365 to L-369 (Non-patent Document 1) , And Komitov et al., "New Polarized Electro-Optical Effects in Reversibly Pretilted Nematic Liquid Crystal Layers with Weak Anchoring," Minutes of the Third International Display Research Conference, November 1983, Kobe, Japan (Non-Patent Document 2)).

国際特許出願第2005/071477号(特許文献1)は、互い違いに電極が配置されたパターンにより、基板に実質的に平行な方向の均質でない電界が発生する、フレクソエレクトリック液晶バルク層を含む液晶デバイスについて述べている。電界オフ状態において基板に平行な方向の平均的分極方向は、電界を発生すべき方向に直交することが好ましい。この場合、立ち上がり時間と降下時間の双方は電界によって決まり、全応答時間は短くなる。   International Patent Application No. 2005/071477 describes a liquid crystal comprising a flexoelectric liquid crystal bulk layer in which a pattern of staggered electrodes generates an inhomogeneous electric field in a direction substantially parallel to the substrate. Describes the device. The average polarization direction in the direction parallel to the substrate in the electric field off state is preferably orthogonal to the direction in which the electric field should be generated. In this case, both the rise time and the fall time are determined by the electric field, and the total response time is shortened.

米国特許第6,160,600号(特許文献2)は、2つの基板のうちの1つにディスプレイ電極および共通電極が配置された液晶ディスプレイデバイスについて述べている。この液晶材料の向きはHAN(ハイブリッド配向ネマチック)タイプである。このデバイスでは、電極が設けられた基板の近くの液晶材料を電界に対する誘電結合によりスイッチングするので、誘電率の大きい液晶材料が必要である。更に、このモードのスイッチングはスイッチングの指向性の制御を可能にするものではない。   U.S. Pat. No. 6,160,600 describes a liquid crystal display device in which a display electrode and a common electrode are disposed on one of two substrates. The direction of the liquid crystal material is a HAN (hybrid alignment nematic) type. In this device, a liquid crystal material having a high dielectric constant is required because the liquid crystal material near the substrate provided with the electrodes is switched by dielectric coupling to an electric field. Furthermore, this mode of switching does not allow switching directivity control.

櫛歯状電極を含む強誘電性液晶(FLC)ディスプレイデバイスも公知である(日本国公開特許JP10−161128号、特許文献3)。   Ferroelectric liquid crystal (FLC) display devices including comb-like electrodes are also known (Japanese Published Patent JP 10-161128, Patent Document 3).

最近、電気的に命令される表面(PCS)を使用することにより、セル基板の両端に電界を印加することにより、ネマチック液晶の面内スイッチングが実現されている。公開された国際特許出願第WO00/03288号(特許文献4)は、いわゆる電気的に命令される表面(ECS)原理について述べている。   Recently, in-plane switching of nematic liquid crystals has been realized by applying an electric field across the cell substrate by using an electrically commanded surface (PCS). Published international patent application WO 00/03288 describes the so-called electrically commanded surface (ECS) principle.

ECS原理によれば、従来のサンドイッチセル内に液晶バルク材料を閉じ込める基板の一方または双方の内側表面に、別個のカイラルスメクチック液晶薄膜、好ましくは強誘電性(カイラルスメクチックC相、SmC)液晶性ポリマー膜が堆積される。 According to the ECS principle, a separate chiral smectic liquid crystal thin film, preferably a ferroelectric (chiral smectic C phase, SmC * ) liquid crystalline, on the inner surface of one or both of the substrates confining the liquid crystal bulk material in a conventional sandwich cell. A polymer film is deposited.

このカイラルスメチック液晶性ポリマー層は、隣接する液晶バルク材料に平面または実質的に平面に配向させる表面誘導配向層として働く。より詳細には、セルの両端に、よって表面誘導配向膜の両端に外部電界を印加すると、別個のカイラルスメクチック液晶性層内の分子がスイッチングされる。この電界に応答するダイナミック表面誘導配向膜の変化は、「一次表面スイッチング」と称す。この一次表面スイッチングの結果、弾性力(ステリック結合)を介し、基板の間に閉じ込められている液晶バルク材料のバルク容積部内で、好ましい分子の配向のスイッチングが次に生じる。この二次スイッチングは、「誘導バルクスイッチング」と称される。この誘導バルクスイッチングは面内スイッチングである。従って、ダイナミックな表面誘導配向膜内の分子のスイッチングは、別個の表面誘導配向膜とバルク層との間の境界において、弾性力を介しバルク容積部内へ伝えられるので、この結果、ダイナミックな表面誘導配向膜によって伝達されるバルク容積部分子の比較的高速の面内スイッチングが生じる。   This chiral smectic liquid crystalline polymer layer acts as a surface-induced alignment layer that aligns the adjacent liquid crystal bulk material in a planar or substantially planar manner. More specifically, when an external electric field is applied to both ends of the cell, and thus to both ends of the surface-induced alignment film, the molecules in the separate chiral smectic liquid crystalline layer are switched. This change in the dynamic surface-induced alignment film in response to the electric field is referred to as “primary surface switching”. As a result of this primary surface switching, preferred molecular orientation switching then occurs in the bulk volume of the liquid crystal bulk material confined between the substrates via elastic forces (steric bonds). This secondary switching is referred to as “inductive bulk switching”. This inductive bulk switching is in-plane switching. Therefore, the switching of molecules in the dynamic surface-induced alignment film is transferred into the bulk volume via elastic force at the boundary between the separate surface-induced alignment film and the bulk layer, resulting in dynamic surface induction. A relatively fast in-plane switching of the bulk volume molecules transmitted by the alignment film occurs.

カイラルスメクチック液晶性層、すなわちダイナミックな表面誘導配向膜は、シンクリニックまたはアンチクリニック・カイラルスメクチック、例えばスメクチックC(SmCまたはSmC )材料、またはいわゆるランダムなSmCを含むカイラルスメクチックA(SmA)材料でよい。したがって、印加された電界に対するダイナミックな表面誘導配向膜の応答は、それぞれ強誘電性、反強誘電性または常誘電性となり得る。 The chiral smectic liquid crystalline layer, ie the dynamic surface-induced alignment film, is a chiral smectic or anti-clinic chiral smectic, eg a smectic C (SmC * or SmC A * ) material, or a chiral smectic A (SmA containing random SmC * ). * ) Materials can be used. Accordingly, the dynamic surface-induced alignment film response to an applied electric field can be ferroelectric, antiferroelectric, or paraelectric, respectively.

公開された国際特許出願第WO2003/081326号(特許文献5)は、液晶バルク層と、少なくとも1つの表面に永続的に付着された結果、バルク層内に均質でないように分布したカイラルドーパントとを含み、このドーパントが、前記表面に隣接するバルク層のサブ容積部内で自発分極を誘導するような液晶デバイスについて述べている。バルク層に印加される電界に対する前記サブ容積部内のバルク層の応答は、強誘電性、反強誘電性または常誘電性となり得る。   Published international patent application WO2003 / 081326 includes a liquid crystal bulk layer and a chiral dopant distributed non-homogeneously in the bulk layer as a result of being permanently attached to at least one surface. A liquid crystal device is described in which the dopant induces spontaneous polarization in a sub-volume of the bulk layer adjacent to the surface. The response of the bulk layer in the subvolume to the electric field applied to the bulk layer can be ferroelectric, antiferroelectric or paraelectric.

液晶デバイス内でECS層/サブ容積部を使用すると、高速の面内スイッチングおよび画像の比較的高いコントラストが得られる。しかしながら、コントラストを更に均一に改善することが望ましく、更に必要となる電圧はかなり高くなる。   Using an ECS layer / subvolume in a liquid crystal device provides fast in-plane switching and relatively high image contrast. However, it is desirable to improve the contrast more uniformly and the required voltage is considerably higher.

国際特許出願第2005/071477号International Patent Application No. 2005/071477 米国特許第6,160,600号US Pat. No. 6,160,600 日本国公開特許JP10−161128号Japanese published patent JP10-161128 国際特許出願第WO00/03288号International Patent Application No. WO00 / 03288 国際特許出願第WO2003/081326号International Patent Application No. WO2003 / 081326

ドゾフ他著、「ネマチック液晶におけるフレクソエレクトリック的に制御されたツイストテクスチャー」、ジャーナル・デ・フィジック・レター43号(1982年)、L−365〜L−369Dozov et al., “Flexoelectrically controlled twist texture in nematic liquid crystals”, Journal de Physic Letter 43 (1982), L-365 to L-369. コミトフ他著、「弱いアンカリングを有する可逆的にプレチルトされたネマチック液晶層における新規な有極電気光学的効果」、第3回国際ディスプレイ研究会議の議事録、1983年11月、神戸、日本Komitov et al., “A novel polar electro-optic effect in a reversibly pretilted nematic liquid crystal layer with weak anchoring”, Proceedings of the 3rd International Display Research Conference, November 1983, Kobe, Japan D フランダーズ、D シェイバーおよびH スミス著の論文、アプライド・フィジックス・レターズ、55、2506(1978年)Paper by D Flanders, D Shaver and H Smith, Applied Physics Letters, 55, 2506 (1978) J チェンおよびG ボイド著の論文、アプライド・フィジックス・レターズ、35、444(1979年)J Chen and G Boyd, Applied Physics Letters, 35, 444 (1979) G P ブライアン−ブラウン、C V ブラウン、I C セージおよびV C ハル著の論文、ネイチャー、V392、365(1998年)GP Bryan-Brown, C V Brown, I C Sage and V C Hull, Nature, V392, 365 (1998) C ブラウン、M トウラー、V フイおよびG ブライアン−ブラウン著の論文、リキッド・クリスタルズ、27、233(2000年)C. Brown, M. Touler, V. Huy, and G. Brian-Brown, Liquid Crystals, 27, 233 (2000) R カプート、L ドシオ、A V スハフ、A ヴェルトリおよびC ウメトン著の論文、オプティクス・レターズ、29、1261(2004年)R Caputo, L Dosio, AV Suchaf, A Wertri and C Umeton's paper, Optics Letters, 29, 1261 (2004) G ストランギ、V バーナ、R カプート、A ドルカ、C ヴェルサーチ、N スカラムッツァ、C ウメトンおよびR バルトリーノ著の論文、フィジカル・レビュー・レターズ、94、63903(2005年)G Strangi, V Burna, R Caputo, A Dolka, C Versace, N Skalazza, C Umeton, and R Bartolino, Physical Review Letters, 94, 63903 (2005)

本発明の一般的な目的は、上記問題を解消し、改良された液晶デバイスを提供することにある。特に本発明の目的は、コントラストが大きく視野角が広い画像を成生し、面内の高速スイッチングを示す能力を有し、よってより詳細には、電気光学的応答の降下時間を短くし、よって全スイッチング時間を短縮し、動画の満足できる表示を可能にする液晶デバイスを提供することにある。   It is a general object of the present invention to provide an improved liquid crystal device that solves the above problems. In particular, the object of the present invention is the ability to produce images with high contrast and wide viewing angle and the ability to show in-plane fast switching, and more particularly to reduce the fall time of the electro-optic response, and thus An object of the present invention is to provide a liquid crystal device that shortens the total switching time and enables satisfactory display of moving images.

本発明の別の目的は、液晶バルクのスイッチングを伝達するための閾値電圧の大きさを小さくし、すなわち液晶デバイスの駆動電圧を下げることにある。このことは特にポータブル用途、例えば携帯電話で重要である。   Another object of the present invention is to reduce the threshold voltage for transmitting the switching of the liquid crystal bulk, that is, to reduce the driving voltage of the liquid crystal device. This is particularly important in portable applications such as mobile phones.

本発明は、ディスプレイだけに関するものではなく、他の多くの液晶デバイスでも有効となり得る。   The present invention is not limited to displays, but can be effective in many other liquid crystal devices.

本発明の第1の態様によれば、本発明は、第1および第2閉じ込め基板と、
前記基板の間に配置された液晶バルク層と、前記第1基板の内側表面に塗布された第1電極パターンと、前記バルク層のバルク表面において、前記バルク層と相互作用するように配置されており、前記第1電極パターンに塗布された第1配向膜とを備え、前記第1電極パターンは、前記第1配向膜に隣接する前記バルク層の第1サブ容積部に対して均一でない電界を発生するように配置されており、前記電界は電気力線の方向および電界強度に関して均一でなく、前記電界は前記第1配向膜に対しても発生される液晶デバイスを提供するものである。このデバイスは、前記第1サブ容積部内および/または前記第1配向膜内に含まれる分極状態にある液晶を更に備え、前記液晶の分極は、(i)前記第1サブ容積部および/または前記第1配向膜の外部、および(ii)前記第2基板に、および/または前記第2基板上に配置された第2配向膜に隣接した前記バルク層の第2サブ容積部の外部の、前記バルク層の起こり得る同様な液晶分極よりも強力であり、前記第1サブ容積部内および/または前記第1配向膜内に含まれる分極した状態の前記液晶は、前記電界と前記分極との間の結合により、少なくとも部分的にスイッチングされ、弾性力により前記バルク層の液晶のスイッチングが達成される。
According to a first aspect of the present invention, the present invention comprises first and second confinement substrates;
A liquid crystal bulk layer disposed between the substrates, a first electrode pattern applied to an inner surface of the first substrate, and a bulk surface of the bulk layer disposed to interact with the bulk layer. And a first alignment film applied to the first electrode pattern, wherein the first electrode pattern has a non-uniform electric field with respect to the first sub-volume part of the bulk layer adjacent to the first alignment film. The electric field is not uniform with respect to the direction of the lines of electric force and the electric field strength, and the electric field provides a liquid crystal device that is also generated for the first alignment film. The device further comprises a liquid crystal in a polarization state contained in the first sub-volume and / or in the first alignment film, wherein the polarization of the liquid crystal is: (i) the first sub-volume and / or the Outside the first alignment film, and (ii) outside the second subvolume of the bulk layer adjacent to the second substrate and / or adjacent to the second alignment film disposed on the second substrate, The liquid crystal in a polarized state, which is stronger than a similar liquid crystal polarization that can occur in the bulk layer and is contained in the first sub-volume and / or in the first alignment film, is between the electric field and the polarization. The coupling is at least partially switched, and the bulk liquid crystal switching is achieved by elastic force.

本発明の次の説明から、本発明のその他の態様、特徴および利点が明らかとなろう。   Other aspects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the invention.

本発明によるデバイス内で実現するための、電極が互い違いにされたパターンの略図である。1 is a schematic illustration of a staggered pattern of electrodes for implementation in a device according to the invention. 図1に示された、電極が互い違いにされたパターンによって発生される面内電界の略横断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an in-plane electric field generated by the staggered pattern of electrodes shown in FIG. 本発明によるデバイス内でフリンジ電界を発生するための櫛歯状電極を含む電極構造の略横断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an electrode structure including comb-like electrodes for generating a fringe electric field in a device according to the present invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板の各々の内側表面でフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at each inner surface of a substrate by surface topology and / or anchoring properties of an alignment layer in a device according to the present invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイス内で表面トポロジーおよび/または配向膜のアンカー特性により、基板表面のうちの1つでフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced at one of the substrate surfaces by the surface topology and / or the anchoring properties of the alignment layer in the device according to the invention. 本発明によるデバイスにおいて、多数のセル内のデバイスのギャップを分割する壁により、フレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced by a wall dividing the gap of the device in a number of cells in a device according to the present invention. 本発明によるデバイスにおいて、多数のセル内のデバイスのギャップを分割する壁により、フレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを示す略横断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how flexoelectric polarization can be induced by a wall dividing the gap of the device in a number of cells in a device according to the present invention. ハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 3 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. ハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 3 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. ハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 3 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. ハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 3 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. ハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 3 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. ハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 3 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and staggered electrodes. 強誘電性配向膜と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 4 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and staggered electrodes. 強誘電性配向膜と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 4 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and staggered electrodes. 強誘電性配向膜と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 4 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and staggered electrodes. 強誘電性配向膜と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 4 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and staggered electrodes. 強誘電性配向膜と、互い違いに配置された電極とを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 4 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and staggered electrodes. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 反転されたハイブリッド配向(HAN)を有するネマチックバルク層およびフリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Figure 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a nematic bulk layer with inverted hybrid orientation (HAN) and an electrode pattern that generates a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、バルク全体にわたって電界を発生する電極構造とを備えるデバイスの構造および性能を示す。FIG. 2 shows the structure and performance of a device comprising a ferroelectric alignment film and an electrode structure that generates an electric field throughout the bulk. 強誘電性配向膜と、バルク全体にわたって電界を発生する電極構造とを備えるデバイスの構造および性能を示す。FIG. 2 shows the structure and performance of a device comprising a ferroelectric alignment film and an electrode structure that generates an electric field throughout the bulk. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 強誘電性配向膜と、フリンジ電界を発生する電極パターンを備える、本発明によるデバイスの構造および性能を示す。Fig. 2 shows the structure and performance of a device according to the invention comprising a ferroelectric alignment film and an electrode pattern for generating a fringe electric field. 本発明に係わるデバイスにおいて、フリンジ電界を発生する電極パターンで使用する頂部電極構造の例を示す。An example of a top electrode structure used in an electrode pattern for generating a fringe electric field in a device according to the present invention is shown. 本発明に係わるデバイスにおいて、フリンジ電界を発生する電極パターンで使用する頂部電極構造の例を示す。An example of a top electrode structure used in an electrode pattern for generating a fringe electric field in a device according to the present invention is shown. 本発明に係わるデバイスにおいて、フリンジ電界を発生する電極パターンで使用する頂部電極構造の例を示す。An example of a top electrode structure used in an electrode pattern for generating a fringe electric field in a device according to the present invention is shown. 基板に対して垂直に配向した他ネマチックで満たされたフリンジ電界を発生する電極パターンを含むデバイスの一例を示す。FIG. 6 illustrates an example of a device including an electrode pattern that generates a fringe electric field filled with other nematics oriented perpendicular to the substrate. 本発明によるデバイスにおいて、フリンジ電界を発生する電極パターンで使用する頂部電極構造の例を示す。Fig. 4 shows an example of a top electrode structure used in an electrode pattern for generating a fringe electric field in a device according to the present invention.

(発明の詳細な説明)
本発明は、第1および第2閉じ込め基板と、
前記基板の間に配置された液晶バルク層と、
前記第1基板の内側表面に塗布された第1電極パターンと、
前記バルク層のバルク表面において、前記バルク層と相互作用するようになっており、前記第1電極パターンに塗布された第1配向膜とを備え、
前記第1電極パターンは、前記第1配向膜に隣接する前記バルク層の第1サブ容積部にわたり均質でない電界を発生するように配置されており、前記電界は電界線の方向および電界強度に関して均質でなく、前記電界は前記第1配向膜に対しても成生される液晶デバイスであって、
前記第1サブ容積部内および/または前記第1配向膜内に含まれる、分極状態にある液晶を更に備え、前記液晶の分極は、(i)前記第1サブ容積部および/または前記第1配向膜の外部、および(ii)前記第2基板および/または前記第2基板上に配置された第2配向膜に隣接した前記バルク層の第2サブ容積部の外部の前記バルク層のどのような起こり得る同様な液晶分極よりも強力であり、前記第1サブ容積部内および/または前記第1配向膜内に含まれる分極した状態の前記液晶は、前記電界と前記分極との間の結合により少なくとも部分的にスイッチングされ、弾性力により前記バルク層の液晶のスイッチングが達成される液晶デバイスに関する。
(Detailed description of the invention)
The present invention includes first and second confinement substrates;
A liquid crystal bulk layer disposed between the substrates;
A first electrode pattern applied to an inner surface of the first substrate;
The bulk surface of the bulk layer is configured to interact with the bulk layer, and includes a first alignment film applied to the first electrode pattern,
The first electrode pattern is disposed to generate an inhomogeneous electric field over the first subvolume of the bulk layer adjacent to the first alignment layer, and the electric field is homogeneous with respect to the direction of electric field lines and electric field strength. In addition, the electric field is a liquid crystal device generated for the first alignment film,
The liquid crystal in the polarization state is further included in the first sub-volume section and / or the first alignment film, and the polarization of the liquid crystal is (i) the first sub-volume section and / or the first alignment. Any of the bulk layer outside the film, and (ii) outside the second subvolume of the bulk layer adjacent to the second substrate and / or a second alignment film disposed on the second substrate The liquid crystal in a polarized state, which is stronger than similar liquid crystal polarization that can occur and is contained in the first sub-volume and / or in the first alignment film, is at least due to the coupling between the electric field and the polarization. The present invention relates to a liquid crystal device that is partially switched and in which the liquid crystal switching of the bulk layer is achieved by elastic force.

上記デバイスが前記(第1)電極パターンに塗布された前記(第1)配向膜を備える場合、前記第1サブ容積部は前記(第1)配向膜に隣接することが理解できよう。   When the device includes the (first) alignment film applied to the (first) electrode pattern, it can be understood that the first sub-volume portion is adjacent to the (first) alignment film.

電界が存在しない場合(すなわち無電界状態)において、前記サブ容積部の分極および/または配向が存在することが望ましい。   In the absence of an electric field (i.e., no electric field), it is desirable that polarization and / or orientation of the subvolume is present.

本明細書で使用するように、サブ容積部および/または配向膜の内部での分極の強度と前記第1および第2サブ容積部および配向膜の外部のバルク層における分極強度とを比較するときの「同様な分極」なる用語は、同じ種類の電気結合、例えば強誘電性結合またはフレクソエレクトリック結合を生じさせる分極を意味する。   As used herein, when comparing the intensity of polarization inside the subvolume and / or alignment film with the polarization intensity in the bulk layer outside the first and second subvolumes and alignment film The term “similar polarization” refers to polarization that produces the same type of electrical coupling, eg, ferroelectric coupling or flexoelectric coupling.

本明細書で使用するように、基板に隣接する液晶バルク材料のサブ容積部に関連する「〜に隣接する」なる用語は、サブ容積部が基板の最も近くに位置するバルク材料の部分を含むことに関連している。この用語は、本発明のデバイスの追加構成要素、例えば電極パターンおよび配向膜をかかるサブ容積部と基板との間に配置できる可能性を排除するものではない。   As used herein, the term “adjacent to” in relation to a subvolume of liquid crystal bulk material adjacent to a substrate includes the portion of the bulk material where the subvolume is located closest to the substrate. It is related to that. This term does not exclude the possibility that additional components of the device of the present invention, such as electrode patterns and alignment films, can be placed between such subvolumes and the substrate.

この配向膜は、パッシブ配向膜またはダイナミック配向膜のいずれかである。   This alignment film is either a passive alignment film or a dynamic alignment film.

前記配向膜に分極状態にある前記液晶が含まれる場合、前記配向膜は前記印加された電界と結合し前記液晶のスイッチングを行うので、配向膜をダイナミック配向膜と称すことができる。本発明によるデバイスは、それに追加しまたはその代わりに、基板表面の一方または双方に塗布されたパッシブな配向膜を含むことができる。   When the alignment film includes the liquid crystal in a polarized state, the alignment film is coupled with the applied electric field to perform switching of the liquid crystal, so that the alignment film can be referred to as a dynamic alignment film. The device according to the invention can comprise a passive alignment film applied to one or both of the substrate surfaces in addition or instead.

電界は、同じ基板表面に塗布された電極を含む電極パターンにより発生されるので、この電界は電極パターンを支持する基板表面の近くで実質的に局所化される。従って、電界は液晶性バルク層内で指数関数的に消滅する。更に、電界は基板表面に実質的に平行な方向の電界線(電気力線)を含む。すなわち面内電界が成生される。   Since the electric field is generated by an electrode pattern that includes electrodes applied to the same substrate surface, the electric field is substantially localized near the substrate surface that supports the electrode pattern. Therefore, the electric field disappears exponentially in the liquid crystalline bulk layer. Further, the electric field includes electric field lines (electric field lines) in a direction substantially parallel to the substrate surface. That is, an in-plane electric field is generated.

前記電界は、互い違いに配置された電極またはフリンジ電界を発生する電極、例えば櫛歯状電極構造体を含む電極パターンのいずれかを含む電極パターンによって成生することが望ましい。   The electric field is preferably generated by an electrode pattern including any one of staggered electrodes or electrodes that generate a fringe electric field, for example, an electrode pattern including a comb-like electrode structure.

前記第1サブ容積部内および/または前記(ダイナミック)配向膜内に含まれる分極状態にある液晶分子が強力な誘電率(Δε)を有するとき、スイッチングは電界と分極との間の結合に加えて電界に対する誘電結合の成分を有することができるが、必ずそうでなくてもよい。   When the liquid crystal molecules in the polarization state contained in the first subvolume and / or in the (dynamic) alignment film have a strong dielectric constant (Δε), switching occurs in addition to the coupling between the electric field and the polarization. It can have a component of dielectric coupling to the electric field, but it does not have to be.

図1には、基板3のうちの1つの内側表面に塗布された互い違いに配置された電極1および2を含む電極パターンが示されている。図2に示されるように、互い違いに配置された電極1および2によって発生される電界Eは、電極1および2を支持する基板表面3で実質的に局所化されている。電界(E)は、電極1および2が上部に塗布されている基板表面3に実質的に平行な方向の電界線を主に含む。しかしながら、電界(E)は電極1および2が上部に塗布されている基板表面3に平行でなく、この表面に実質的に垂直な方向を含む方向の一部の電界線も含む。電界線の方向は、ある電極ギャップから次の電極ギャップまで移動すると交互に変化する。したがって、電界は電界線の方向(および電界の強度)に関して不均一である。   FIG. 1 shows an electrode pattern comprising staggered electrodes 1 and 2 applied to the inner surface of one of the substrates 3. As shown in FIG. 2, the electric field E generated by the staggered electrodes 1 and 2 is substantially localized at the substrate surface 3 that supports the electrodes 1 and 2. The electric field (E) mainly includes electric field lines in a direction substantially parallel to the substrate surface 3 on which the electrodes 1 and 2 are applied. However, the electric field (E) is not parallel to the substrate surface 3 on which the electrodes 1 and 2 are applied, but also includes some electric field lines in a direction including a direction substantially perpendicular to this surface. The direction of the electric field line changes alternately as it moves from one electrode gap to the next. Thus, the electric field is non-uniform with respect to the direction of the electric field lines (and the strength of the electric field).

当業者であれば理解できるように、互い違いに配置された電極を含む電極パターンは、図1に示された構造以外の他の多くの構造も含むことができる。互い違いに配置された電極を含むすべての電極パターンに対する共通する特徴は、電極が同じ幾何学的平面に配置されていることである。   As can be appreciated by one skilled in the art, an electrode pattern that includes staggered electrodes can also include many other structures besides those shown in FIG. A common feature for all electrode patterns, including staggered electrodes, is that the electrodes are arranged in the same geometric plane.

図3には櫛歯状電極構造を含む電極パターンが示されている。この電極パターンは、(共通電極または底部電極とも称される)第1導電性層4、例えば基板表面5の上に配置される酸化インジウム・スズ(ITO)の層と、前記第1導電層の上に配置される通常SiOの絶縁層6と、(頂部電極とも称される)第2導電層7、例えば前記絶縁層の頂部に配置される酸化インジウム・スズの層とを備え、前記第2導電層7は櫛歯状の櫛に類似した形状を有する。図3には、配向膜8も示されている。この電極構造体によって発生される電界(フリンジ電界)は、電極4および7を支持する基板表面5の近くで実質的に局所化される。電界(E)は、(電極4および7が塗布されている基板表面5に基本的に平行な方向(E)および垂直な方向(E)の)双方の電界線を含む(すなわちフリンジ電界は基板表面5に沿った電界成分と基板表面5に垂直な電界成分とを含む)。電界線および電界強度の分布は、電極4および7の幾何学的形状およびそれらの相互の位置に応じて決まる。 FIG. 3 shows an electrode pattern including a comb-like electrode structure. The electrode pattern includes a first conductive layer 4 (also referred to as a common electrode or a bottom electrode), for example a layer of indium tin oxide (ITO) disposed on the substrate surface 5, and the first conductive layer A normal SiO x insulating layer 6 disposed on top and a second conductive layer 7 (also referred to as a top electrode), for example an indium tin oxide layer disposed on top of the insulating layer, The two conductive layers 7 have a shape similar to a comb-like comb. In FIG. 3, the alignment film 8 is also shown. The electric field (fringe field) generated by this electrode structure is substantially localized near the substrate surface 5 that supports the electrodes 4 and 7. The electric field (E) comprises both electric field lines (ie fringe electric fields) (both in a direction essentially parallel to the substrate surface 5 on which the electrodes 4 and 7 are applied (E X ) and in a direction perpendicular to it (E z )). Includes an electric field component along the substrate surface 5 and an electric field component perpendicular to the substrate surface 5). The distribution of field lines and field strengths depends on the geometry of the electrodes 4 and 7 and their mutual position.

別のタイプのフリンジ電界発生電極パターンは、基板表面に配置された第1導電性層(底部電極)と、前記第1導電性層に配置された絶縁層と、前記絶縁層の頂部に配置され、開口部を有する第2導電性層(頂部電極)とを備える。前記第2導電性層は、図56に示されるような構造または同様な構造を有することができる。図56aは、六角形の形状の開口部を有する頂部電極構造を示し、図56bは、円形スポット形状の開口部を有する頂部電極構造を示し、図56cは、正方形の形状の開口部を有する頂部電極構造を示す。当業者であれば理解できるように、前記頂部電極は図56に示した形状以外の多くの別の形状ともなり得る。このタイプの電極パターンは、視野角の広い画像を表示するのに有利である。図56における実施形態のいずれかによる電極パターンによって得られる電界は、基板表面に対する垂線に沿って延び、かつ開口部の中心を貫通する複数の対称軸線を有する。電界の局部的な対称性、従って液晶配向の局部的な対称性により、かかる電極パターンを有するデバイスは視野角がより広く、視野角が方向に無関係となっている。   Another type of fringe field generating electrode pattern is disposed on a first conductive layer (bottom electrode) disposed on a substrate surface, an insulating layer disposed on the first conductive layer, and a top of the insulating layer. And a second conductive layer (top electrode) having an opening. The second conductive layer may have a structure as shown in FIG. 56 or a similar structure. 56a shows a top electrode structure with hexagonal shaped openings, FIG. 56b shows a top electrode structure with circular spot shaped openings, and FIG. 56c shows a top with square shaped openings. An electrode structure is shown. As will be appreciated by those skilled in the art, the top electrode can have many other shapes besides those shown in FIG. This type of electrode pattern is advantageous for displaying images with a wide viewing angle. The electric field obtained by the electrode pattern according to any of the embodiments in FIG. 56 has a plurality of axes of symmetry extending along a normal to the substrate surface and passing through the center of the opening. Due to the local symmetry of the electric field, and thus the local symmetry of the liquid crystal alignment, devices with such electrode patterns have a wider viewing angle and the viewing angle is independent of direction.

図57および図58は、ホメオトロピック配向を促進する配向膜(図示せず)と、正の誘電異方性を示すネマチック液晶バルク層62と、フリンジ電界発生電極パターンを備える液晶デバイスの1つの基板表面63での電界オフ状態および電界オン状態の液晶バルク分子62の向きをそれぞれ示し、前記フリンジ電界発生電極パターンは、前記基板表面63上に配置された底部電極64と、前記底部電極に配置された絶縁層64と、円形スポットの形状の開口部を有する頂部電極66とを備える。   57 and 58 show one substrate of a liquid crystal device including an alignment film (not shown) that promotes homeotropic alignment, a nematic liquid crystal bulk layer 62 that exhibits positive dielectric anisotropy, and a fringe electric field generating electrode pattern. The direction of the liquid crystal bulk molecules 62 in the electric field off state and electric field on state on the surface 63 is shown, respectively, and the fringe electric field generating electrode pattern is arranged on the bottom electrode 64 arranged on the substrate surface 63 and the bottom electrode. And an insulating layer 64 and a top electrode 66 having a circular spot-shaped opening.

図57および58のデバイス構造は、負の誘電異方性を示すネマチック液晶バルク層と共にも動作するであろう。   The device structure of FIGS. 57 and 58 will also work with a nematic liquid crystal bulk layer that exhibits negative dielectric anisotropy.

図59aは液晶バルク分子のホメオトロピック配向を示す側面図である、図38の櫛歯状電極構造体を使用するデバイスを示す。   FIG. 59a shows a device using the comb-like electrode structure of FIG. 38, which is a side view showing the homeotropic orientation of liquid crystal bulk molecules.

図59bは電界オン状態における電気力線の均一でない電界分布も示す図38および図58における電極構造の側面図を示す。   FIG. 59b shows a side view of the electrode structure in FIGS. 38 and 58 which also shows a non-uniform electric field distribution of the lines of electric force in the electric field on state.

図59aには、基板(68)の内側表面に形成された電極構造を含むデバイスが示されている。液晶バルク層の分子は、基板(63)および(69)に堆積された配向膜(70)および(68)により、基板表面に対して垂直に配向している。電極構造は、均質でない電界(フリンジ電界)(図59b)を発生する。セルに電界が加えられると、液晶バルクの中の分子は、液晶材料が正の誘電異方性を有する場合(Δε>0)、電界線に沿って配向する性質がある。しかしながらこの結果、電極パターンの近くのサブ容積部内で、周期的な斜向・屈曲弾性変形が生じ、次にこの変形は、液晶バルク材料がフレクソエレクトリック分極可能性を有する場合、フレクソエレクトリック分極を生じさせる。加えられる電界が適当な形状でありかつ適当な極性である場合、電界とフレクソエレクトリック分極との間の結合は、セルのスイッチング時間を短縮し得る。   FIG. 59a shows a device that includes an electrode structure formed on the inner surface of a substrate (68). The molecules of the liquid crystal bulk layer are aligned perpendicular to the substrate surface by the alignment films (70) and (68) deposited on the substrates (63) and (69). The electrode structure generates an inhomogeneous electric field (fringe field) (FIG. 59b). When an electric field is applied to the cell, the molecules in the liquid crystal bulk have the property of aligning along the electric field lines when the liquid crystal material has a positive dielectric anisotropy (Δε> 0). However, this results in periodic oblique and flexural elastic deformation in the sub-volume near the electrode pattern, which in turn is a flexoelectric polarization if the liquid crystal bulk material has flexoelectric polarizability. Give rise to If the applied electric field is of an appropriate shape and of the appropriate polarity, the coupling between the electric field and the flexoelectric polarization can shorten the cell switching time.

図59aに示されたデバイスは、負の誘電異方性Δε<0を有するネマチック液晶バルク層と共にも動作するであろう。   The device shown in FIG. 59a will also work with a nematic liquid crystal bulk layer having a negative dielectric anisotropy Δε <0.

図60は両面デバイスにおける電界オン状態にある液晶バルク分子の向きを示す。   FIG. 60 shows the orientation of liquid crystal bulk molecules in an electric field on state in a double-sided device.

本発明によるデバイスは、片面でもよいし両面でもよいと理解すべきである。
本発明による片面実施形態では、基板の一方だけがその内側表面に塗布された電極パターンを有する。
It should be understood that the device according to the invention may be single-sided or double-sided.
In one-sided embodiments according to the present invention, only one of the substrates has an electrode pattern applied to its inner surface.

本発明によるデバイスの両面の実施形態では、双方の基板はその内側表面の各々に塗布された電極パターンを備える。従って、かかるデバイスでは、前記第2電極パターンに隣接するバルク層の第2サブ容積部に対して均一でない電界を発生させるよう、他方の基板の内側表面に第2電極パターンが塗布されるか、または他方の基板の内側表面に第2配向膜が塗布され、この場合、前記電界は電気力線の方向およびその強度が不均一になる。   In a double-sided embodiment of the device according to the invention, both substrates comprise an electrode pattern applied to each of its inner surfaces. Therefore, in such a device, the second electrode pattern is applied to the inner surface of the other substrate so as to generate a non-uniform electric field for the second subvolume of the bulk layer adjacent to the second electrode pattern, Alternatively, the second alignment film is applied to the inner surface of the other substrate, and in this case, the electric field is not uniform in the direction of the lines of electric force and the intensity thereof.

双方の基板に同じタイプの互い違いに配置された電極を含む、本発明によるデバイス(両面実施形態)では、基板に塗布された電極の第1基板表面に沿った向きは、第2基板に塗布された電極の第2基板表面に沿った向きに対して角度をなすことが特に好ましい。このタイプの配置はデバイスの視野角を実質的に広くする。   In a device according to the invention (both embodiments) comprising electrodes of the same type staggered on both substrates, the orientation of the electrode applied to the substrate along the first substrate surface is applied to the second substrate. It is particularly preferable to make an angle with the direction of the electrode along the surface of the second substrate. This type of arrangement substantially increases the viewing angle of the device.

双方の基板に塗布された、図1に示されるようなタイプの互い違いに配置された電極を含む本発明によるデバイスでは、第2基板表面に沿って配置された電極の方向に対して基本的には垂直な方向に、基板表面に沿って第1基板表面上の電極を配置することが特に有利である。   In a device according to the invention comprising staggered electrodes of the type as shown in FIG. 1 applied to both substrates, basically with respect to the direction of the electrodes disposed along the second substrate surface. It is particularly advantageous to arrange the electrodes on the first substrate surface along the substrate surface in a vertical direction.

更に、本発明によるデバイスの両面実施形態では、前記電極パターンに隣接する各サブ容積部(第1および第2サブ容積部)および/または前記電極パターンに塗布された各配向膜は、印加された電界との強誘電性結合またはフレクソエレクトリック結合を示す、分極状態にある液晶を含むことが好ましい。この場合、前記サブ容積部および/または配向膜の各々は、前記サブ容積部および/または配向膜の外側のバルク層の起こり得る同様な液晶の分極よりも強い。しかしながら、サブ容積部および/または配向膜における分極強度は、比較すると互いに異なることがあると理解すべきである。   Furthermore, in the double-sided embodiment of the device according to the present invention, each sub-volume part (first and second sub-volume part) adjacent to the electrode pattern and / or each alignment film applied to the electrode pattern is applied. It is preferable to include a liquid crystal in a polarized state that exhibits ferroelectric coupling or flexoelectric coupling with an electric field. In this case, each of the sub-volumes and / or alignment films is stronger than a similar liquid crystal polarization that can occur in the bulk layers outside the sub-volumes and / or alignment films. However, it should be understood that the polarization intensities in the subvolume and / or alignment film may be different from each other.

より詳細には、前記サブ容積部および/または前記配向膜に含まれる分極状態の前記液晶は、自発誘導分極を含む自発分極または誘導分極のいずれかを示す。   More specifically, the liquid crystal in the polarization state included in the sub-volume part and / or the alignment film exhibits either spontaneous polarization including spontaneous induction polarization or induced polarization.

特に、サブ容積部および/または前記配向膜における前記分極と、前記印加された電界との間の結合は、強誘電性、反強誘電性、常誘電性、またはフレクソエレクトリック結合のいずれかとなる。   In particular, the coupling between the polarization in the subvolume and / or the alignment layer and the applied electric field is either ferroelectric, antiferroelectric, paraelectric, or flexoelectric coupling. .

本発明の実施形態の第1グループでは、前記配向膜は、例えばSmC、SmC またはSmAのようなカイラルスメクチック(Sm)液晶性材料を含む。 In a first group of embodiments of the present invention, the alignment film includes a chiral smectic (Sm * ) liquid crystal material such as SmC * , SmC A *, or SmA * .

スメクチック液晶性構造は、隣接するスメクチック層内に配置された液晶分子を含む。スメクチックAおよびスメクチックC相は、これら「層状」の液晶の2つの最も重要な代表例である。更に、スメクチック液晶分子はアカイラル(例えばSmA、SmCまたはSmC)またはカイラル(例えばSmA、SmCまたはSmC )でよく、この場合、カイラルなる用語は鏡面対称性がないことを意味する。 A smectic liquid crystalline structure includes liquid crystal molecules disposed in adjacent smectic layers. The smectic A and smectic C phases are the two most important representatives of these “layered” liquid crystals. Furthermore, the smectic liquid crystal molecule may be achiral (eg SmA, SmC or SmC A ) or chiral (eg SmA * , SmC * or SmC A * ), in which case the term chiral means that there is no mirror symmetry.

傾斜したカイラルスメクチック液晶は、あるスメクチック層から次のスメクチック層に進む際に円錐体内で回転する誘導層を有する。この円錐体の頂点の角度θ=2βは、一般に45°のオーダーであり得る。よってスメクチック層に垂直でありかつ前記円錐体の軸線に平行な螺旋軸で層を横断した螺旋テクスチャーが形成される。しかしながら、誘導層に結合する局部的な自発分極(P)は、同じ周期またはピッチで螺旋状にも回転する。かかる局部的な分極の螺旋構造は、局部的な分極を自ら解消できる、すなわちバルク液晶は巨視的な分極を生じないことを意味する。
スメクチックA相構造では、分子の平均方向はスメクチック層の垂線に対して直交する(β=0°)。すなわち分子はスメクチック層の垂線に沿って向く。カイラルスメクチックA(SmA)液晶性構造に電界が印加された場合、この印加された電界に対する応答は、いわゆる常誘電性応答となる。
A tilted chiral smectic liquid crystal has an inducing layer that rotates within a cone as it travels from one smectic layer to the next. The apex angle θ = 2β of this cone may generally be on the order of 45 °. Thus, a helical texture is formed that traverses the layer with a helical axis that is perpendicular to the smectic layer and parallel to the axis of the cone. However, the local spontaneous polarization (P S ) that couples to the inductive layer also rotates helically with the same period or pitch. Such a helical structure of local polarization means that the local polarization can be eliminated by itself, that is, the bulk liquid crystal does not cause macroscopic polarization.
In the smectic A phase structure, the average direction of the molecules is perpendicular to the normal of the smectic layer (β = 0 °). That is, the molecules are directed along the normal of the smectic layer. When an electric field is applied to the chiral smectic A (SmA * ) liquid crystalline structure, the response to the applied electric field is a so-called paraelectric response.

スメクチックC相構造体では、分子はスメクチック層の垂線に対して角度β(一般に22.5°のオーダー)で傾斜する。   In a smectic C phase structure, the molecules are tilted at an angle β (generally on the order of 22.5 °) with respect to the normal of the smectic layer.

シンクリニックスメクチック、例えばスメクチックCの液晶性構造体では、2つの隣接するスメクチック層の分子は、スメクチック層の垂線に対して同じ方向に傾斜する。シンクリニックカイラルスメクチック、例えばスメクチックC(SmC)液晶性構造に電界を印加した場合、印加される電界に対する応答はいわゆる強誘電性応答となる。 In a synclinic smectic, eg smectic C liquid crystalline structure, the molecules of two adjacent smectic layers are tilted in the same direction with respect to the normal of the smectic layer. When an electric field is applied to a syclinic chiral smectic, for example, a smectic C * (SmC * ) liquid crystal structure, the response to the applied electric field is a so-called ferroelectric response.

アンチクリニックスメクチック(例えばスメクチックC)液晶性構造では、隣接する2つのスメクチック層の分子は、スメクチック層の垂線に対して反対方向に傾斜する。アンチクリニックカイラルスメクチック(例えばスメクチックC(SmC ))液晶性構造に電界が印加された場合、いわゆる反強誘電性応答が生じる。しかしながら、印加された電界が所定のスレッショルドよりも高ければ、アンチクリニック構造はシンクリニック構造に変化する。すなわち印加された電界に対して強誘電性応答が生じる。 In an anticlinic smectic (eg, smectic C A ) liquid crystalline structure, the molecules of two adjacent smectic layers tilt in opposite directions with respect to the smectic layer normal. When an electric field is applied to an anticlinic chiral smectic (eg, smectic C A (SmC A * )) liquid crystalline structure, a so-called antiferroelectric response occurs. However, if the applied electric field is higher than a predetermined threshold, the anticlinic structure changes to a sink clinic structure. That is, a ferroelectric response occurs with respect to the applied electric field.

したがって、本発明によるデバイスの実施形態のこの第1グループでは、配向膜における前記分極と印加された電界との間の結合は、強誘電性、反強誘電性、または常誘電性となり得るが、より好ましくは強誘電性となる。導入部で説明したように、このカイラルスメクチック配向膜における分子の一次スイッチングの結果、弾性力(ステリック結合)を介してバルク層内の液晶の分子の向きの誘導されたスイッチングが生じる。   Thus, in this first group of embodiments of the device according to the invention, the coupling between the polarization in the alignment film and the applied electric field can be ferroelectric, antiferroelectric, or paraelectric, More preferably, it is ferroelectric. As described in the introduction part, the primary switching of molecules in the chiral smectic alignment film results in the switching of the orientation of the liquid crystal molecules in the bulk layer via elastic force (steric coupling).

本発明によるデバイスの実施形態のこのグループにおけるカイラルスメクチック配向膜は、シンクリニックカイラルスメクチック、例えばスメクチックC(SmC)液晶性材料、特に強誘電性液晶性ポリマー(FLCP)とも称されるシンクリニックカイラルスメクチックC(SmC)液晶性ポリマーを含む。 Chiral smectic alignment films in this group of embodiments of the device according to the invention are synchronic chiral smectics, for example smectic C (SmC * ) liquid crystalline materials, in particular synchronic chiral also called ferroelectric liquid crystalline polymers (FLCP). Includes smectic C (SmC * ) liquid crystalline polymer.

配向膜のカイラルスメクチック液晶性材料(例えばFLCP)は、バルク層の液晶性材料に不溶性であることが好ましい。特に配向膜の液晶性材料は、バルク層の液晶性材料の物理的性質に影響を与えてはならず、逆に、バルク層の液晶性材料が配向膜の液晶性材料の物理的性質に影響を与えてもいけない。   The chiral smectic liquid crystal material (for example, FLCP) of the alignment film is preferably insoluble in the liquid crystal material of the bulk layer. In particular, the liquid crystalline material of the alignment layer should not affect the physical properties of the liquid crystalline material of the bulk layer. Conversely, the liquid crystalline material of the bulk layer affects the physical properties of the liquid crystalline material of the alignment layer. Do not give.

この第1グループの実施形態では、バルク層はカイラルまたはアカイラルネマチックまたはスメクチック液晶性材料を含むことが好ましく、0または極めて小さい正もしくは負の誘電異方性、すなわちΔε≒0となっているネマチックまたはスメクチック液晶性材料であることがより好ましい。従って、液晶性材料は印加された電界との誘電結合を基本的には示さない。   In this first group of embodiments, the bulk layer preferably comprises a chiral or achiral nematic or smectic liquid crystalline material and is nematic with zero or very small positive or negative dielectric anisotropy, ie Δε≈0. Or it is more preferable that it is a smectic liquid crystalline material. Therefore, the liquid crystalline material basically does not show dielectric coupling with the applied electric field.

バルク層がアカイラルスメクチック液晶性材料を含む場合には、バルク層のスメクチック層が配向膜のスメクチック層に対して実質的に平行となっていることが適当である。   When the bulk layer contains an achiral smectic liquid crystalline material, it is appropriate that the smectic layer of the bulk layer is substantially parallel to the smectic layer of the alignment film.

更に、配向膜のスメクチック層は基本的には印加された電界に対して平行に向いていることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the smectic layer of the alignment film is basically oriented parallel to the applied electric field.

本発明のこの第1グループの実施形態の上で開示した配向膜は、印加された電界に影響され、この印加された電界に結合するので、ダイナミック配向膜と称すことができる。   The alignment films disclosed above in this first group of embodiments of the present invention can be referred to as dynamic alignment films because they are affected by and coupled to the applied electric field.

本発明のこの第1グループの実施形態によるデバイスは、上記の他に前記ダイナミック配向膜を下層とするパッシブ配向膜を含み、よって前記ダイナミック配向膜に対する好ましい配向方向を提供できる。   In addition to the above, the device according to the first group of embodiments of the present invention includes a passive alignment film having the dynamic alignment film as a lower layer, and thus can provide a preferable alignment direction with respect to the dynamic alignment film.

例3および4に説明したように、カイラルスメクチック液晶性材料、例えばFLCPを含む配向膜により、本発明によるデバイスでは、フレクソエレクトリックバルク分極が誘導される。   As described in Examples 3 and 4, alignment films comprising a chiral smectic liquid crystalline material, such as FLCP, induce flexoelectric bulk polarization in the device according to the invention.

更に、このグループの実施形態では、上部に前記配向膜が塗布されている電極パターンを支持する基板表面に隣接する液晶バルク分子が、反対の基板表面に隣接する液晶バルク分子よりも大きい分子プレチルト角を有することが有利であることが分かっている。   Further, in this group of embodiments, the liquid crystal bulk molecules adjacent to the substrate surface supporting the electrode pattern on which the alignment film is applied are larger in molecular pretilt angle than the liquid crystal bulk molecules adjacent to the opposite substrate surface. It has proven advantageous to have

自発分極を示す、上で開示した配向膜の製造方法に関する更なる情報については、国際特許出願第WO00/03288号(特許文献4)を参照されたい。   See International Patent Application No. WO 00/03288 (Patent Document 4) for further information regarding the method of manufacturing the alignment film disclosed above that exhibits spontaneous polarization.

第2グループの本発明の実施形態では、前記第1サブ容積部内の少なくとも1つの表面に永続的に付着された結果カイラルドーパントは液晶バルク層内に不均一的に分布し、それによって前記第1サブ容積部内で1つ以上のカイラル性に関連する物理的性質(本明細書ではカイラル性の効果とも称す)の局部的な増加を誘導し、それが前記表面において最大となり前記表面から離間する方向に低下する不均一性の分布を有する自発分極を引き起こし、前記カイラルドーパントは前記液晶バルク層内で可溶性である。   In a second group of embodiments of the invention, the resulting chiral dopant permanently deposited on at least one surface in the first subvolume is non-uniformly distributed in the liquid crystal bulk layer, whereby the first A direction that induces a local increase in one or more chirality related physical properties (also referred to herein as chirality effects) within the sub-volume, which is maximized at the surface and away from the surface The chiral dopant is soluble in the liquid crystal bulk layer, causing spontaneous polarization with a non-uniform distribution that decreases to

本明細書で使用するように、「可溶性」なる用語はドーパントが液晶バルク層内に溶解できることを意味する。   As used herein, the term “soluble” means that the dopant can be dissolved in the liquid crystal bulk layer.

前記カイラル性の効果の誘導された増加は、バルク層の全容積部内では起こらず、表面に近いバルク層の限られた領域(サブ領域)でしか起こらない。   The induced increase in the chiral effect does not occur in the entire volume of the bulk layer, but only in a limited region (subregion) of the bulk layer close to the surface.

この第2のグループの実施形態では、バルク層は、アカイラルまたはカイラルネマチックまたはスメクチック液晶性材料、好ましくはアカイラルスメクチック(例えばSmC)液晶性材料、およびより好ましくは0または極めて小さい正または負の誘電異方性(すなわちΔε≒0)を有するアカイラルスメクチック(例えばSmC)液晶性材料を含むことができる。   In this second group of embodiments, the bulk layer comprises an achiral or chiral nematic or smectic liquid crystalline material, preferably an achiral smectic (eg SmC) liquid crystalline material, and more preferably zero or very small positive or negative dielectric. An achiral smectic (eg, SmC) liquid crystalline material having anisotropy (ie, Δε≈0) can be included.

このグループの実施形態の説明の例として、バルク層はアカイラルスメクチックC液晶材料を含むことができる。サブ領域では、アカイラルスメクチックCは、アカイラルスメクチックCに可溶性のカイラルドーパントをドープされ、前記サブ容積部内の表面に永続的に付着される。このドーパントはカイラル性を誘導し、よってサブ容積部内の液晶バルク材料内でカイラル性の効果の増加を誘導する。次に、この誘導されたカイラル性は今度はサブ容積部内で自発分極を生じさせ、強誘電特性を付与する。ドープされているサブ領域の実際の容積部と、カイラル性を示し自発分極を生じるサブ容積部とは若干異なることがある。それは、ドーパント分子はドーパントから所定の距離でもカイラル性を誘導するからである。前記誘導された自発性分極を示すよう、サブ容積部に対して前記電界を印加することにより、分子は印加された電界との直接強誘電結合のために、極めて高速でスイッチングされる。次に、この高速強誘電スイッチングの結果、今度は表面のサブ領域内の分子とバルク容積部の隣接する分子との間の弾性結合により、サブ容積部の外部でバルク分子の高速スイッチングが生じる。   As an example of the description of this group of embodiments, the bulk layer may comprise an achiral smectic C liquid crystal material. In the sub-region, the chiral smectic C is doped with a chiral dopant soluble in the chiral smectic C and permanently attached to the surface in the sub-volume. This dopant induces chirality, and thus induces an increase in the chirality effect in the liquid crystal bulk material in the subvolume. This induced chirality then causes spontaneous polarization in the subvolume and imparts ferroelectric properties. The actual volume of the doped subregion may be slightly different from the subvolume that exhibits chirality and produces spontaneous polarization. This is because the dopant molecule induces chirality at a predetermined distance from the dopant. By applying the electric field to the subvolume so as to show the induced spontaneous polarization, the molecules are switched very fast due to direct ferroelectric coupling with the applied electric field. This fast ferroelectric switching then results in fast switching of the bulk molecules outside the subvolume due to the elastic coupling between the molecules in the surface subregion and the neighboring molecules in the bulk volume.

カイラルドーパントは永続的に表面に付着されている。このことは、ドーパントがバルク容積部内で自由に移動することが阻止されるように、表面に結合していると解釈すべきである。ドーパントは表面に永続的に付着されているが、これらドーパントは限られた移動性を示すことができる。特に例えば印加された外部電界によるスイッチング中に、表面においてドーパント分子が再配向できるような移動性を示すことができる。   The chiral dopant is permanently attached to the surface. This should be interpreted as being bound to the surface so that the dopant is prevented from moving freely within the bulk volume. Although dopants are permanently attached to the surface, these dopants can exhibit limited mobility. In particular, it can exhibit mobility such that the dopant molecules can reorient at the surface during switching due to an applied external electric field, for example.

ドーパントが付着されている表面はバルク層の境界に位置するか、またはその境界を定める表面を含むだけでなく、サブ容積部内部に位置する表面または平面も含むと考えるべきである。従って、これに関連し、「表面」なる用語は直接またはドーパント材料を介して間接的に、前記サブ容積部内のバルク層材料と接触する任意の物理的または幾何学的表面または平面を含むことができることを意味する。   The surface to which the dopant is deposited should be considered not only to include or define the boundary of the bulk layer, but also to include the surface or plane located within the subvolume. Thus, in this context, the term “surface” includes any physical or geometric surface or plane that contacts the bulk layer material in the subvolume, either directly or indirectly through a dopant material. Means you can.

ドーパントは、バルク層の液晶と相互作用し、従って液晶材料の好ましい分子配向を提供するように配列されている前記電極パターンの表面または前記配向膜に付着されていることが好ましい。   The dopant is preferably attached to the surface of the electrode pattern or the alignment film that is arranged to interact with the liquid crystal in the bulk layer and thus provide the preferred molecular orientation of the liquid crystal material.

本発明によるデバイスのこの第2のグループの実施形態では、前記第1のサブ容積部内の前記分極と印加された電界との間の結合は、上記記載から理解できるように、強誘電性、反強誘電性または常誘電性とすることができ、強誘電性であることがより好ましい。   In this second group of embodiments of the device according to the invention, the coupling between the polarization in the first subvolume and the applied electric field is ferroelectric, anti-reflective, as can be seen from the above description. It can be ferroelectric or paraelectric, and is more preferably ferroelectric.

誘導される自発分極を示すこれまで開示したサブ容積部の製造方法に関する更なる情報を得たい場合には、国際特許出願第WO2003/081326号(特許文献5)を参照されたい。   For further information on the previously disclosed methods for producing subvolumes exhibiting induced spontaneous polarization, see International Patent Application No. WO2003 / 081326 (Patent Document 5).

本発明によるデバイスの第3のグループの実施形態では、前記第1のサブ容積部の液晶の分極は、サブ容積部内の液晶の斜向および/または屈曲変形によって誘導され、それによって前記第1サブ容積部における分極状態にある液晶と電界との間のフレクソエレクトリック結合を生じさせる。   In a third group of embodiments of the device according to the invention, the polarization of the liquid crystal in the first subvolume is induced by the oblique and / or bending deformation of the liquid crystal in the subvolume, whereby the first subvolume. A flexoelectric coupling occurs between the liquid crystal in a polarized state in the volume and the electric field.

液晶におけるフレクソエレクトリック効果は、固体材料におけるピエゾ電気効果に類似しているがその性質は全く異なる。フレクソエレクトリックとは、弾性変形、例えば屈曲変形および/または斜向変形の結果として生じる液晶材料の分極を意味する。永久純双極モーメントの他に、「形状極性」も有する分子から成る液晶材料でこのフレクソエレクトリックは顕著である。全フレクソエレクトリック分極Pflexoは、Pflexo=eS+eBで示され、ここで、eは斜向フレクソエレクトリック係数であり、eは屈曲フレクソエレクトリック係数である。これら係数は、フレクソエレクトリック分極の強度を定める極めて重要なパラメータである。

Figure 2014238598

は、それぞれ斜向変形および屈曲弾性変形である。一般に、弾性変形がより強くなればなるほどPflexoも大きくなる。フレクソエレクトリックは液晶のユニバーサルな物理的性質であるが、異なる符号のPflexoを示す、そしてゼロのPflexoを有するような液晶材料も存在する。 The flexoelectric effect in liquid crystals is similar to the piezoelectric effect in solid materials, but its properties are quite different. By flexoelectric is meant the polarization of the liquid crystal material that occurs as a result of elastic deformation, for example bending and / or oblique deformation. In addition to the permanent pure dipole moment, this flexoelectric is noticeable for liquid crystal materials consisting of molecules that also have “shape polarity”. All flexoelectric polarization P flexo is shown by P flexo = e s S + e b B, where, e s is the diagonal flexoelectric coefficients, e b is bent flexoelectric coefficients. These coefficients are extremely important parameters that determine the strength of flexoelectric polarization.
Figure 2014238598

Are oblique deformation and bending elastic deformation, respectively. In general, the stronger the elastic deformation, the greater the P flexo . Although flexoelectric is a universal physical properties of the liquid crystal shows a P flexo different codes, and there is also a liquid crystal material having a zero P flexo.

当業者に知られているように、斜向および/または屈曲変形を生じる液晶性材料は、印加された電界に対するフレクソエレクトリック結合(フレクソエレクトリック効果)を生じさせる分極を誘導できる。   As known to those skilled in the art, liquid crystalline materials that produce oblique and / or bending deformations can induce polarization that causes flexoelectric coupling (flexoelectric effect) to an applied electric field.

本発明によるデバイスのこの第3のグループの実施形態では、高いフレクソエレクトリック分極性を有する液晶性材料、すなわち弾性変形下で高いフレクソエレクトリック分極を示す液晶性材料を使用することが好ましい。一般にかかる液晶性材料はフレクソエレクトリック係数eおよびeのうちの少なくとも1つの高い値を有する。弾性変形下でもフレクソエレクトリック分極を示さない液晶性材料も存在するので、デバイスのこの第3の実施形態で使用するための液晶性材料は、任意に選択できないと理解すべきである。 In this third group of embodiments of the device according to the invention it is preferred to use a liquid crystalline material having a high flexoelectric polarizability, ie a liquid crystalline material exhibiting a high flexoelectric polarization under elastic deformation. Liquid crystalline material generally such has at least one high value of the flexoelectric coefficients e s and e b. It should be understood that liquid crystalline materials for use in this third embodiment of the device cannot be arbitrarily selected, as there are liquid crystalline materials that do not exhibit flexoelectric polarization even under elastic deformation.

一般に、斜向変形、屈曲変形および非対称の複合(斜向+屈曲)変形が存在する。
本発明による所望する効果を得るには、前記第1サブ容積部内のフレクソエレクトリック効果は、前記サブ容積部(第1サブ容積部および第2サブ容積部)の外部のバルク層の任意の起こり得るフレクソエレクトリック効果よりも強力であることが重要である。
In general, there are oblique deformation, bending deformation and asymmetric combined (oblique + bending) deformation.
In order to obtain the desired effect according to the present invention, the flexoelectric effect in the first sub-volume is determined by any occurrence of the bulk layer outside the sub-volume (first sub-volume and second sub-volume). It is important to be more powerful than the flexoelectric effect you get.

例えばこの効果は、例えば配向方向および/またはサブ容積部内に延びる突起に影響を与えるような変化するアンカー特性を有する整合層を、基板表面の一方または双方に塗布することにより、局部的な斜向変形および/または屈曲変形を生じさせることによって得ることができる。前記突起の結果として生じる表面トポロジーは、単独でまたは変化するアンカー特性と組み合わせられ、隣接する液晶のフレクソエレクトリック分極を生じさせる。   For example, this effect may be achieved by applying a matching layer with varying anchoring properties on one or both of the substrate surfaces, e.g., affecting the orientation direction and / or protrusions extending into the subvolume. It can be obtained by causing deformation and / or bending deformation. The surface topology resulting from the protrusions, alone or in combination with changing anchor properties, gives rise to flexoelectric polarization of adjacent liquid crystals.

かかる片面実施形態では、他方の基板の内側表面に、例えばプレーナーまたはホメオトロピックのような所定の配向方向を示す追加の(第2)配向膜を塗布することが望ましい。   In such a single-sided embodiment, it is desirable to apply an additional (second) alignment film that exhibits a predetermined alignment direction, such as planar or homeotropic, on the inner surface of the other substrate.

固体基板表面を閉じ込める適当な表面処理により、例えば前記液晶バルクに向いた閉じ込め基板表面上に、いわゆる(表面誘導)配向層を塗布することにより、一般に電界のない状態で液晶層の所望する初期配向を得ることができる。この初期液晶配向は、固体の表面と液晶との相互作用によって定められる。閉じ込め表面に隣接する液晶分子の向きは、弾性力を介しバルク内の液晶分子に伝えられるので、すべての液晶バルク分子に基本的には同じ配向を課すことができる。閉じ込め基板表面近くの液晶分子の誘導層は、所定の方向、例えば閉じ込め基板表面に垂直な方向(ホメオトロピック方向または垂直方向とも称す)または閉じ込め基板表面に平行(プレーナー方向とも称す)に指向させるように制限される。ある場合には、更に基板に対し所定の傾斜した配向角(プレチルト角)に液晶バルク分子を向けると有利となり得る。   By applying a suitable surface treatment for confining the surface of the solid substrate, for example, by applying a so-called (surface-induced) alignment layer on the surface of the confinement substrate facing the liquid crystal bulk, the desired initial alignment of the liquid crystal layer is generally achieved without an electric field Can be obtained. This initial liquid crystal alignment is determined by the interaction between the solid surface and the liquid crystal. Since the orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the confining surface is transmitted to the liquid crystal molecules in the bulk via an elastic force, basically the same orientation can be imposed on all the liquid crystal bulk molecules. The inducing layer of liquid crystal molecules near the confining substrate surface is oriented in a predetermined direction, for example, a direction perpendicular to the confining substrate surface (also referred to as homeotropic direction or vertical direction) or parallel to the confining substrate surface (also referred to as planar direction). Limited to In some cases, it may be advantageous to further direct the liquid crystal bulk molecules to a predetermined tilt angle (pretilt angle) relative to the substrate.

本発明のこの第3のグループの実施形態では、フレクソエレクトリック分極を促進するドーパントは、前記第1サブ容積部内の少なくとも1つの表面に永続的に付着させられ、それによって前記第1サブ容積部内の1つ以上の物理的性質の局部的な増加を促進し、前記表面で最大となり前記表面から離間する方向に低下する不均一な分布を有するフレクソエレクトリック分極が発生する結果、バルク層内に不均一に分布することができ、前記ドーパントは液晶バルク層内で可溶性である。   In this third group of embodiments of the invention, a dopant that promotes flexoelectric polarization is permanently attached to at least one surface in the first subvolume, thereby in the first subvolume. In the bulk layer as a result of the occurrence of flexoelectric polarization that has a non-uniform distribution that promotes a local increase in one or more physical properties of and increases at a maximum and decreases away from the surface. It can be distributed unevenly and the dopant is soluble in the liquid crystal bulk layer.

サブ容積部内の強誘電分極を促進するのに利用できるドーパントは、例えば異方性形状に起因する望ましい効果を有する、バナナ形状、ドロップ形状、ドロップ−バナナ複合形状のドーパント、およびそれらの2つ以上の混合物から成る群から選択されたドーパントを含む。かかるドーパントは、より大きいフレクソエレクトリック係数を与えることが当業者には知られている。かかるドーパントはメソジェニック化合物でよいが、これらだけに限定されるものではない。   Dopants that can be used to promote ferroelectric polarization in the subvolume are, for example, banana-shaped, drop-shaped, drop-banana composite shaped dopants, and two or more thereof having desirable effects due to anisotropic shapes A dopant selected from the group consisting of: It is known to those skilled in the art that such dopants provide higher flexoelectric coefficients. Such a dopant may be a mesogenic compound, but is not limited thereto.

ホメオトロピック配向を生じさせるための方法の一例は、表面活性剤、例えばレシチンまたはヘキサデシルトリメチル・アンモニウム・ブロマイドのような表面活性剤で閉じ込め基板表面をコーティングすることを含む。次に、電界誘導された液晶分子のプレーナー配向が所定のラビング方向に向くよう、コーティングされた基板表面を所定方向にラビングすることも好ましい。   An example of a method for producing homeotropic alignment involves coating the confined substrate surface with a surfactant, such as a surfactant such as lecithin or hexadecyltrimethylammonium bromide. Next, it is also preferable to rub the coated substrate surface in a predetermined direction so that the planar alignment of the liquid crystal molecules induced by the electric field is in a predetermined rubbing direction.

プレーナー配向を生じさせるための方法の一例として、基板表面に例えばポリイミドの有機被膜を塗布する、いわゆる有機膜ラビング方法を挙げることができる。その後、膜に接触する液晶分子がラビング方向に向くように、布を使って所定方向に有機被膜をラビングする。   As an example of a method for causing the planar alignment, there can be mentioned a so-called organic film rubbing method in which, for example, a polyimide organic film is applied to the substrate surface. Thereafter, the organic film is rubbed in a predetermined direction using a cloth so that liquid crystal molecules in contact with the film are oriented in the rubbing direction.

図4〜19は、配向膜の表面トポロジーおよび/または(配向方向を含む)アンカー特性により、上記のように電極パターン(この電極パターンは図には示されていない)を支持する基板表面に隣接するサブ容積部内でフレクソエレクトリック分極をどのように誘導できるかを例示するものである。フレクソエレクトリック分極の方向は、図では矢印で示されており、点線が液晶分子の配向方向を示している。   4-19 are adjacent to the substrate surface supporting the electrode pattern (this electrode pattern is not shown in the figure) as described above due to the surface topology of the alignment film and / or anchor properties (including the alignment direction). It illustrates how the flexoelectric polarization can be induced within the subvolume. The direction of flexoelectric polarization is indicated by an arrow in the figure, and the dotted line indicates the alignment direction of the liquid crystal molecules.

図4〜17は、ピラミッド状または長方形の表面幾何学的形状、および異なるタイプの配向方向、例えばホメオトロピックおよびプレーナー配向を示す配向膜によって誘導されるフレクソエレクトリック分極を示している。この種の周期的表面トポロジーを形成するための方法は、D フランダーズ、D シェイバーおよびH スミス著の論文、アプライド・フィジックス・レターズ、55、2506(1978年)(非特許文献3);J チェンおよびG ボイド著の論文、アプライド・フィジックス・レターズ、35、444(1979年)(非特許文献4);G P ブライアン−ブラウン、C V ブラウン、I C セージおよびV C ハル著の論文、ネイチャー、V392、365(1998年)(非特許文献5);およびC ブラウン、M トウラー、V フイおよびG ブライアン−ブラウン著の論文、リキッド・クリスタルズ、27、233(2000年)(非特許文献6)に開示されている。   4-17 illustrate flexoelectric polarization induced by alignment films that exhibit pyramidal or rectangular surface geometries and different types of alignment directions, such as homeotropic and planar alignment. A method for forming this type of periodic surface topology is described by D. Flanders, D. Shaver and H. Smith, Applied Physics Letters, 55, 2506 (1978); G Boyd, Applied Physics Letters, 35, 444 (1979); GP Brian-Brown, C V Brown, I C Sage and V C Hull, Nature, V392. 365 (1998) (Non-Patent Document 5); and C Brown, M Toller, V Huy and G. Bryan-Brown, Liquid Crystals, 27, 233 (2000) (Non-Patent Document 6). It is disclosed.

図4、7および8の各々は、(ピラミッド状突起に塗布された)ピラミッド状幾何学的形状およびホメオトロピック配向を有する配向膜を示す。図4では、前記ピラミッド突起内およびそれらの間の基板表面もホメオトロピック配向を示している。反対の基板表面はプレーナー配向を示す追加の配向膜を含む。   4, 7 and 8 each show an alignment film having a pyramidal geometry (applied to the pyramidal protrusions) and a homeotropic alignment. In FIG. 4, the substrate surface within and between the pyramid protrusions also exhibits homeotropic orientation. The opposite substrate surface includes an additional alignment film that exhibits planar alignment.

図5は、(ピラミッド状突起に塗布された)ホメオトロピック配向およびピラミッド状突起内およびそれらの間のプレーナー配向を備えたピラミッド状幾何学的形状を有する配向膜を示す。   FIG. 5 shows an alignment film having a pyramidal geometry with homeotropic alignment (applied to the pyramidal protrusions) and planar alignment within and between the pyramidal protrusions.

図6、13および14の各々は、(ピラミッド状突起に塗布された)ピラミッド状幾何学的形状およびプレーナー配向を有する配向膜を示す。図6では、前記ピラミッド突起内およびそれらの間の基板表面もプレーナー状配向を示している。反対の基板表面はプレーナー配向を示す追加の配向膜を含む。   6, 13 and 14 each show an alignment film having a pyramidal geometry (applied to the pyramidal protrusions) and a planar alignment. In FIG. 6, the substrate surface within and between the pyramid protrusions also exhibits a planar orientation. The opposite substrate surface includes an additional alignment film that exhibits planar alignment.

図9は、(ピラミッド状突起に塗布された)ピラミッド状幾何学的形状およびプレーナー配向を有する配向膜を示す。反対の基板表面は、ホメオトロピック配向を示す追加の配向膜を含む。   FIG. 9 shows an alignment film having a pyramidal geometry (applied to the pyramidal protrusions) and a planar alignment. The opposite substrate surface includes an additional alignment film that exhibits homeotropic alignment.

図10は、(非対称のピラミッド状突起に塗布された)ピラミッド状幾何学的形状およびプレーナー配向を有する配向膜を示す。反対の基板表面は、ホメオトロピック配向を示す追加の配向膜を含む。   FIG. 10 shows an alignment film having a pyramidal geometry (applied to an asymmetric pyramidal protrusion) and a planar alignment. The opposite substrate surface includes an additional alignment film that exhibits homeotropic alignment.

図11は、(ピラミッド状突起に塗布された)プレーナー配向およびピラミッド状突起内およびそれらの間のホメオトロピック配向を備えたピラミッド状幾何学的形状を有する配向膜を示す。   FIG. 11 shows an alignment film having a pyramidal geometry with planar alignment (applied to the pyramidal protrusions) and homeotropic alignment in and between the pyramidal protrusions.

図12は、(ピラミッド状突起に塗布された)プレーナー配向とホメオトロピック配向とが交互に配置されたピラミッド状幾何学的形状を有する配向膜を示す。反対の基板表面はプレーナー配向を示す追加の配向膜を含む。   FIG. 12 shows an alignment film having a pyramidal geometry in which planar and homeotropic alignments (applied to pyramidal protrusions) are alternately arranged. The opposite substrate surface includes an additional alignment film that exhibits planar alignment.

図15は、基板の各々の内側表面において、フレクソエレクトリック分極が局所化されている、図4に示された片面実施形態が両面に設けられている両面実施形態である。   FIG. 15 is a double-sided embodiment in which the single-sided embodiment shown in FIG. 4 is provided on both sides, with flexoelectric polarization localized on the inner surface of each of the substrates.

図16は、(長方形の突起に塗布された)プレーナー配向とホメオトロピック配向とが交互に配置された、長方形の幾何学的形状を有する配向膜を示す。   FIG. 16 shows an alignment film having a rectangular geometry in which the planar and homeotropic alignments (applied to the rectangular protrusions) are alternately arranged.

図17は、(長方形の突起に塗布された)プレーナー配向を備えた長方形の幾何学的形状を有する配向膜を示す。   FIG. 17 shows an alignment film having a rectangular geometry with planar alignment (applied to a rectangular protrusion).

図18および図19は、多数のセル内でデバイスギャップを分割するポリマー壁により、フレクソエレクトリック分極が成生される、本発明に係わるデバイスの略横断面図である。このタイプのポリマー壁を製造するための方法は、R カプート、L ドシオ、A V スハフ、A ヴェルトリおよびC ウメトン著の論文、オプティクス・レターズ、29、1261(2004年)(非特許文献7);およびG ストランギ、V バーナ、R カプート、A ドルカ、C ヴェルサーチ、N スカラムッツァ、C ウメトンおよびR バルトリーノ著の論文、フィジカル・レビュー・レターズ、94、63903(2005年)(非特許文献8)に記載されている。   18 and 19 are schematic cross-sectional views of a device according to the present invention in which flexoelectric polarization is generated by a polymer wall that divides the device gap in a number of cells. A method for producing this type of polymer wall is described by R Caputo, L Dosio, AV Schaff, A Wertri and C Umeton, Optics Letters, 29, 1261 (2004) (Non-Patent Document 7); And G Strangi, V Verna, R Caputo, A Dolka, C Versace, N Skalazza, C Umeton, and R ing.

上記方法とは異なり、本発明によるデバイス内の全バルク(すなわちバルク分極)において、斜向および/または屈曲変形を行うこともできる。   Unlike the above method, oblique and / or bending deformations can also be performed in the entire bulk (ie bulk polarization) in the device according to the invention.

従って、本発明によるデバイスは、非対称の斜向−屈曲複合変形を有するバルク層を含むことができ、このバルク層では、
第1サブ容積部の液晶がベンド変形を実質的に示し、屈曲フレクソエレクトリック係数eが、フレクソエレクトリック分極の主要フレクソエレクトリック係数である(すなわち|e|>|e|である)(かかるケースでは前記第1サブ容積部aの液晶は、負の誘電異方性を示す(Δε≦0)、前記第1サブ容積部は屈曲変形を実質的に示す液晶を含むことが好ましい)か、または
第1サブ容積部の液晶が斜向変形を実質的に示し、斜向フレクソエレクトリック係数eが、フレクソエレクトリック変形の主要フレクソエレクトリック係数である(すなわち|e|>|e|である)(かかるケースではバルク層の液晶は、正の誘電異方性を示し(Δε≧0)、前記第1サブ容積部は斜向変形を実質的に示す液晶を含むことが好ましい)。
Thus, the device according to the invention can comprise a bulk layer having an asymmetric oblique-bending composite deformation, in which:
The first sub-volume liquid crystal substantially shows the bend deformation of the bending flexoelectric coefficients e b are the primary flexoelectric coefficients flexoelectric polarization (ie | e b |> | e s | a (In such a case, it is preferable that the liquid crystal of the first sub-volume portion a has negative dielectric anisotropy (Δε ≦ 0), and the first sub-volume portion contains liquid crystal substantially showing bending deformation. ) Or the liquid crystal of the first sub-volume substantially exhibits oblique deformation, and the oblique flexoelectric coefficient es is the main flexoelectric coefficient of the flexoelectric deformation (i.e., | es | | e b | a is) (liquid crystal bulk layer in such a case, positive dielectric indicates anisotropy ([Delta] [epsilon] ≧ 0), the first sub-volume is to include a liquid crystal exhibiting substantially the diagonal deformation Preferred )

これらの場合では、前記第1サブ容積部におけるフレクソエレクトリック効果のほうが、前記第1サブ容積部の外部でのバルク層のフレクソエレクトリック効果よりも強力となる。   In these cases, the flexoelectric effect in the first sub-volume section is stronger than the flexoelectric effect of the bulk layer outside the first sub-volume section.

本発明に係わるデバイスのこの第3グループの実施形態では、斜向フレクソエレクトリック係数eがフレクソエレクトリック分極の主要フレクソエレクトリック係数となっている(典型的にはバルク層の液晶が正の誘電異方性を示す(Δε≧0))斜向変形を有するバルク層を使用することも可能である。この場合では、基板の両面に本発明による電極パターンが適切に塗布され、前記電極パターンに隣接するバルク層の強く分極した各サブ容積部にわたって均一でない電界が与えられる。 In an embodiment of the third group of devices according to the present invention, the liquid crystal of the oblique flexoelectric coefficients e s has become a major flexoelectric coefficients flexoelectric polarization (typically bulk layer is positive It is also possible to use a bulk layer with oblique deformation that exhibits dielectric anisotropy (Δε ≧ 0). In this case, the electrode pattern according to the present invention is appropriately applied on both sides of the substrate, and a non-uniform electric field is applied across each strongly sub-volume of the bulk layer adjacent to the electrode pattern.

同じように、上記態様とは異なり、屈曲フレクソエレクトリック係数eがフレクソエレクトリック分極の主要フレクソエレクトリック係数となっている(典型的にはバルク層の液晶が負の誘電異方性を示す(Δε≦0))屈曲変形を、この第3のグループの実施形態によるデバイスのバルク層が示すこともできる。この場合には、基板の両面に電極パターンが適切に塗布される。 Similarly, unlike the embodiment, showing a negative dielectric anisotropy liquid crystal bulk layer in the bending flexoelectric coefficients e b is a major flexoelectric coefficients flexoelectric polarization (typically (Δε ≦ 0)) Bending deformation can also be exhibited by the bulk layer of the device according to this third group of embodiments. In this case, electrode patterns are appropriately applied on both sides of the substrate.

上記のような本発明によるデバイスが、対称的な斜向または屈曲変形を有するバルク層、および基板の片面だけに塗布された電極を含む場合(片面実施形態)、前記第1サブ容積部内のフレクソエレクトリック分極は、電極パターンを有さないが上部に配向膜を有する基板の内側表面に隣接する第2サブ容積部内のフレクソエレクトリック分極と等しい強度となる。   When a device according to the invention as described above comprises a bulk layer having a symmetrical oblique or bending deformation and an electrode applied only on one side of the substrate (single-sided embodiment), the flex in the first subvolume The xoelectric polarization has an intensity equal to that of the flexoelectric polarization in the second subvolume adjacent to the inner surface of the substrate that does not have an electrode pattern but has an alignment film on the top.

この第3のグループの実施形態では、バルク層がネマチック(カイラルまたはアカイラル)液晶性材料を含むことが好ましい。更に、弾性変形によってバルク層の液晶性材料が変形するときに、この材料が顕著なフレクソエレクトリック分極を示すことが適当である。従って、バルク層の液晶性材料はフレクソエレクトリック分極を示すことが望ましい。   In this third group of embodiments, the bulk layer preferably comprises a nematic (chiral or achiral) liquid crystalline material. Furthermore, when the bulk layer liquid crystalline material is deformed by elastic deformation, it is appropriate for this material to exhibit significant flexoelectric polarization. Therefore, it is desirable that the liquid crystal material of the bulk layer exhibits flexoelectric polarization.

フレクソエレクトリック分極の強度は、フレクソエレクトリック係数の大きさおよび符号だけでなく弾性変形の度合いによっても決定され、例えば液晶デバイス内のセルギャップが狭くなると、フレクソエレクトリック分極が増加することに留意すべきである。   The strength of flexoelectric polarization is determined not only by the magnitude and sign of the flexoelectric coefficient, but also by the degree of elastic deformation, for example, the flexoelectric polarization increases as the cell gap in a liquid crystal device becomes narrower. Should.

更に、この第3のグループの実施形態では、前記第1サブ容積部内の電界オフ状態にあるフレクソエレクトリック分極の平均方向が、上部に電極パターンが塗布されている前記基板に対して平行または90°よりも小さい角度で傾斜しているとき、好ましくは基本的には面内電界を発生すべき方向に直交しているとき、バルク層の液晶の面内スイッチングが達成される。   Furthermore, in this third group of embodiments, the average direction of flexoelectric polarization in the electric field off state in the first sub-volume is parallel to the substrate on which the electrode pattern is applied or 90 In-plane switching of the liquid crystal in the bulk layer is achieved when tilted at an angle smaller than °, preferably essentially when orthogonal to the direction in which the in-plane electric field is to be generated.

更に本発明は、本発明による上記液晶デバイスを製造するための方法にも関する。この方法は、
ある基板の内側表面に電極パターンを塗布するステップであって、この電極パターンはこの電極パターンに隣接する液晶バルク層の第1サブ容積部にわたって均一でない電界を発生でき、この電界は、電気力線の方向およびその強度に関して均一でないステップと、
前記電極パターンに配向膜を塗布して、この配向膜を超えて前記電界が成生されるステップと、
前記電極パターンおよびその上部に塗布された配向膜を有する前記電極基板と第2基板との間にセルギャップを形成するステップと、
液晶バルク層を形成する液晶性材料で前記セルギャップを満たすステップと、前記第1サブ容積部内および/または前記配向膜内に、分極状態にある液晶を供給するステップとを含み、前記分極は、前記第1サブ容積部、前記配向膜の外部および/または、前記第2基板の内側表面または第2配向膜またはこの第2配向膜に塗布された随意の第2電極パターンに隣接するバルク層の第2サブ容積部の外部のバルク層の、いかなる起こり得る同様な液晶の分極よりも強力であり、前記電界と結合して前記液晶のスイッチングを実行し、弾性力を通してバルク層の液晶のスイッチングを達成できる。
The invention further relates to a method for manufacturing the liquid crystal device according to the invention. This method
Applying an electrode pattern to an inner surface of a substrate, the electrode pattern being capable of generating a non-uniform electric field across a first subvolume of a liquid crystal bulk layer adjacent to the electrode pattern, the electric field being Steps that are not uniform with respect to the direction of
Applying an alignment film to the electrode pattern, and generating the electric field beyond the alignment film;
Forming a cell gap between the electrode substrate having the electrode pattern and an alignment film applied thereon and a second substrate;
Filling the cell gap with a liquid crystalline material forming a liquid crystal bulk layer, and supplying a liquid crystal in a polarized state into the first sub-volume and / or into the alignment film, the polarization comprising: A bulk layer adjacent to the first sub-volume, the exterior of the alignment film and / or the inner surface of the second substrate, the second alignment film or an optional second electrode pattern applied to the second alignment film; It is stronger than any possible similar liquid crystal polarization of the bulk layer outside the second sub-volume, and performs the switching of the liquid crystal in combination with the electric field, and the switching of the liquid crystal in the bulk layer through the elastic force. Can be achieved.

要約すれば、本発明は、電極パターンに隣接するバルク層の第1サブ容積部にわたり、前記電極パターンによって成生された不均一な面内電界と前記第1サブ容積部内および/または前記電極パターンに塗布された配向膜内に含まれる分極状態にある液晶との間の線型結合、例えば強誘電結合および/またはフレクソエレクトリック結合により、少なくとも部分的に駆動される液晶デバイスに関連し、前記分極は、(i)前記第1サブ容積部、前記配向膜の外部、および(ii)他方の基板の内側表面または第2配向膜またはこの第2配向膜に塗布された随意の第2電極パターンに隣接するバルク層の第2サブ容積部の外部のバルク層の、いかなる起こり得る同様な液晶の分極よりも強力である。   In summary, the present invention relates to a non-uniform in-plane electric field generated by the electrode pattern over the first subvolume of the bulk layer adjacent to the electrode pattern and within the first subvolume and / or the electrode pattern. Relating to a liquid crystal device driven at least in part by linear coupling, for example ferroelectric coupling and / or flexoelectric coupling, with a liquid crystal in a polarized state contained in an alignment film applied to (Ii) the first sub-volume, the outside of the alignment film, and (ii) the inner surface of the other substrate or the second alignment film or an optional second electrode pattern applied to the second alignment film. More powerful than any possible similar liquid crystal polarization of the bulk layer outside the second subvolume of the adjacent bulk layer.

本発明による液晶デバイスのこれまでの説明から、上記方法の他の好ましい特徴について理解できよう。
以下、次の非限定的な実施例により本発明について説明する。
From the previous description of the liquid crystal device according to the present invention, other preferred features of the above method will be understood.
The invention will now be illustrated by the following non-limiting examples.

実施例1:
複合配向(HAN)を有するバルク層と、互い違いに配置された電極を備えるセル
Example 1:
A cell comprising a bulk layer with composite orientation (HAN) and staggered electrodes

約2μmのセルギャップを形成する、2つの平行なガラス基板9および10を含むサンドイッチセル(図20)を使用した。基板9の一方の内側表面に(図1に示されている)互い違いに配置された電極パターン11を設けた。隣接する電極間の距離は約20μmであった。   A sandwich cell (FIG. 20) comprising two parallel glass substrates 9 and 10 forming a cell gap of about 2 μm was used. The electrode patterns 11 arranged alternately (shown in FIG. 1) were provided on one inner surface of the substrate 9. The distance between adjacent electrodes was about 20 μm.

電極パターン11上にニッサンSE−2170から成る第1配向膜12を堆積し、セルギャップ内に設けられた液晶分子13を含む液晶バルク層の均一なプレーナー配向を促進するよう、この第1配向膜12を電極パターン11に対して平行にラビングした。   A first alignment film 12 made of Nissan SE-2170 is deposited on the electrode pattern 11, and the first alignment film is promoted to promote uniform planar alignment of the liquid crystal bulk layer including the liquid crystal molecules 13 provided in the cell gap. 12 was rubbed in parallel to the electrode pattern 11.

ホメオトロピック配向を促進する、ニッサンSE−1211から成る第2配向膜14を、他方の基板10の内側表面に堆積した。   A second alignment film 14 made of Nissan SE-1211 that promotes homeotropic alignment was deposited on the inner surface of the other substrate 10.

正の誘電異方性(Δε>0)を有する(メルク社から供給された)ネマチック液晶性材料MLC16000−000でセルギャップを充填した。   The cell gap was filled with a nematic liquid crystalline material MLC 16000-000 (supplied by Merck) having a positive dielectric anisotropy (Δε> 0).

配向膜12および14の向きのために、ネマチックバルク13は複合配向(HAN)状態となった。すなわち電極パターン11を支持する基板9において配向はプレーナー状であるが、他方の基板10ではホメオトロピック状である(図20および21)。ネマチックバルク層13のかかる弾性変形はフレクソエレクトリック分極を生じさせる(Pflexo)。図21〜23における両側矢印はサンプルの光軸の方向を示す。 Due to the orientation of the alignment films 12 and 14, the nematic bulk 13 is in a composite alignment (HAN) state. That is, the orientation of the substrate 9 supporting the electrode pattern 11 is planar, but the other substrate 10 is homeotropic (FIGS. 20 and 21). Such elastic deformation of the nematic bulk layer 13 causes flexoelectric polarization (P flexo ). 21 to 23 indicate the direction of the optical axis of the sample.

斜向変形は電極パターン11を支持する基板9に局所化されており、かつMLC16000−000は正の誘電異方性を示すので、斜向変形が支配的な場所、すなわち電極11を支持する基板9に、最も強力なフレクソエレクトリック分極が局所化される(図20)。   Since the oblique deformation is localized on the substrate 9 supporting the electrode pattern 11 and the MLC 16000-000 exhibits positive dielectric anisotropy, the place where the oblique deformation is dominant, that is, the substrate supporting the electrode 11. 9, the most powerful flexoelectric polarization is localized (FIG. 20).

弾性変形およびフレクソエレクトリック分極は電極パターン11に平行であり、かつセル基板9および10に直交する同一平面内に存在する。フレクソエレクトリック分極は印加された電界Eに線型に結合し、液晶13の高速スイッチングを行う。測定された全スイッチング時間τrise+τfallは25Vの印加電圧で約8〜12msであった。従来のIPS液晶デバイスでは、同じ条件の全スイッチング時間は約28〜34msである。 Elastic deformation and flexoelectric polarization are parallel to the electrode pattern 11 and exist in the same plane perpendicular to the cell substrates 9 and 10. The flexoelectric polarization is linearly coupled to the applied electric field E and performs high-speed switching of the liquid crystal 13. The total switching time τ rise + τ fall measured was about 8-12 ms with an applied voltage of 25V. In a conventional IPS liquid crystal device, the total switching time under the same conditions is about 28-34 ms.

図22および23は、単一電極ギャップにおけるネマチック液晶13のスイッチングをそれぞれ略図で示す。これら2つの図から分かるように、スイッチングの方向は電界Eの極性によって決まる。2つの隣接する電極ギャップ内のネマチックLC分子13は、図24および25にそれぞれ示されるように時計回り方向および反時計回り方向にスイッチングする。これらの図は、印加された電界(E)の異なる電界極性に対応するセルの2つの状態を示している。このセルは、交差した偏光器の間で見られたものであり、その間にλ−赤色光学プレートが挿入されている。λ−赤色光学プレートの光軸に対して、(図24および25で矢印で示される)誘導層nの異なる位置に異なる色が対応している。   22 and 23 schematically show the switching of the nematic liquid crystal 13 in a single electrode gap, respectively. As can be seen from these two figures, the direction of switching is determined by the polarity of the electric field E. Nematic LC molecules 13 in two adjacent electrode gaps switch in a clockwise and counterclockwise direction as shown in FIGS. 24 and 25, respectively. These figures show two states of the cell corresponding to different field polarities of the applied electric field (E). This cell was seen between crossed polarizers with a λ-red optical plate inserted between them. Different colors correspond to different positions of the guiding layer n (indicated by arrows in FIGS. 24 and 25) relative to the optical axis of the λ-red optical plate.

実施例2:
複合配向(HAN)を有するバルク層と、互い違いに配置された電極を備えるセル
Example 2:
A cell comprising a bulk layer with composite orientation (HAN) and staggered electrodes

この実施例では、実施例1と同じタイプのサンドイッチセルを使用したが、HANテクスチャーを反転させた(図26)。従って、図26および27に示されるように、電極パターン17を支持する基板15において、第1配向膜18によって誘導される配向はホメオトロピックであり、反対の基板16において、第2配向膜20によって誘導される配向はプレーナー状であった。   In this example, the same type of sandwich cell as in Example 1 was used, but the HAN texture was inverted (FIG. 26). Therefore, as shown in FIGS. 26 and 27, in the substrate 15 supporting the electrode pattern 17, the orientation induced by the first alignment film 18 is homeotropic, and in the opposite substrate 16, the second alignment film 20 The induced orientation was planar.

更に、負の誘電異方性(Δε<0)を有する(メルク社から供給された)別のネマチック液晶性材料19、MDA−05−187でセルギャップを充填した。   In addition, the cell gap was filled with another nematic liquid crystalline material 19, MDA-05-187 (supplied by Merck) having negative dielectric anisotropy (Δε <0).

斜向変形は、電極パターン17を支持する基板15に局所化されており、かつMDA−05−187は負の誘電異方性を示すので、屈曲変形が支配的な場所、すなわち電極17を支持する基板15に、最も強力なフレクソエレクトリック分極(Pflexo)が局所化される(図26)。図27〜29内の両側矢印はサンプル光軸の方向を示す。 The oblique deformation is localized on the substrate 15 that supports the electrode pattern 17 and MDA-05-187 exhibits negative dielectric anisotropy, so that the bending deformation is dominant, that is, the electrode 17 is supported. The most powerful flexoelectric polarization (P flexo ) is localized on the substrate 15 (FIG. 26). The double-sided arrows in FIGS. 27 to 29 indicate the direction of the sample optical axis.

ネマチックのスイッチング(スイッチング時間を含む)は、実施例1に記載されたスイッチングに類似していることが分かっており、このスイッチングは図28および29に略図で示されている。しかしながら、フレクソエレクトリック結合(Pflexo)と誘電結合とが同じ方向となっている実施例1に記載のスイッチングと異なり、この実施例ではこれらの結合は反対方向となっている。弱い、または中程度の電界では、電界(E)と誘電異方性との間の誘電結合に対して、このフレクソエレクトリック結合(Pflexo)が支配的となる。しかしながら、強力な電界(E)および高周波では誘電結合が支配的である。従って、電極にまずdc電圧を印加することにより、フレクソエレクトリック結合のために、ネマチック分子19は対応する電極ギャップ内の印加電界(E)の極性に応じて、時計回り方向および反時計回り方向にそれぞれスイッチングする。強力な高周波パルスは、誘電結合のためにネマチック分子19を元に戻すようにスイッチングさせる。従って、DC電圧を印加することによりネマチック分子19はオン状態にスイッチング(図30a、30bおよび30c)され、他方高周波パルスは、ネマチック分子19を実施例1の場合のように電極17に平行(図31aおよび31b)な、(図30および31において両側矢印によって示される)配向の初期の電界オフの好ましい方向にネマチック分子19を戻すようにスイッチングする。 Nematic switching (including switching time) has been found to be similar to the switching described in Example 1, and this switching is shown schematically in FIGS. However, unlike the switching described in Example 1 in which the flexoelectric coupling (P flexo ) and the dielectric coupling are in the same direction, in this example, these couplings are in opposite directions. In a weak or moderate electric field, this flexoelectric coupling (P flexo ) dominates the dielectric coupling between the electric field (E) and the dielectric anisotropy. However, dielectric coupling is dominant at strong electric fields (E) and high frequencies. Therefore, by first applying a dc voltage to the electrodes, nematic molecules 19 cause clockwise and counterclockwise directions for flexoelectric coupling, depending on the polarity of the applied electric field (E) in the corresponding electrode gap. To switch respectively. A strong radio frequency pulse causes the nematic molecule 19 to switch back due to dielectric coupling. Therefore, by applying a DC voltage, the nematic molecule 19 is switched to the on state (FIGS. 30a, 30b and 30c), while the high frequency pulse causes the nematic molecule 19 to be parallel to the electrode 17 as in Example 1 (FIG. 31a and 31b), switching the nematic molecule 19 back to the preferred direction of the initial electric field off of the orientation (indicated by the double-headed arrows in FIGS. 30 and 31).

実施例3:
カイラルスメクチック配向膜および互い違いに配置された電極を含むセル
この実施例(図32)で使用されるセルは、実施例1で使用された構造と同じ構造を有していた。しかしながら、この実施例ではプレチルト角θを有する準プレーナー配向を促進するよう、電極23に沿って単一方向にラビングしたニッサンSE−2170を含む配向膜(図示せず)で基板21および22の双方の内側表面をコーティングした。
Example 3:
Cell containing chiral smectic alignment film and staggered electrodes The cell used in this example (FIG. 32) had the same structure as that used in Example 1. However, in this embodiment, an alignment film (not shown) including NISSE-2170 rubbed in a single direction along the electrode 23 to promote quasi-planar alignment having a pretilt angle θa is used. Both inner surfaces were coated.

電極パターン23を被覆する配向膜の頂部には、強誘電性液晶ポリマー(FLCP)、より詳細には強力な誘電性側鎖ポリシロキサンの薄膜(図示せず)を堆積した。このFLCP膜は分子チルト角θを有し、本棚のような幾何学的形状に配向していた。すなわち基板表面21に垂直なスメクチック層と配向状態にあった。 On the top of the alignment film covering the electrode pattern 23, a thin film (not shown) of ferroelectric liquid crystal polymer (FLCP), more specifically, a strong dielectric side chain polysiloxane was deposited. The FLCP layer has a molecular tilt angle theta b, was oriented on the geometry, such as bookshelf. That is, it was in an oriented state with the smectic layer perpendicular to the substrate surface 21.

負の誘電異方性(Δε<0)を有しFLCP内で不混和性(不溶性)である、社内で調製したネマチック液晶性材料24でセルギャップを充填した。   The cell gap was filled with an in-house prepared nematic liquid crystalline material 24 having negative dielectric anisotropy (Δε <0) and immiscible (insoluble) in FLCP.

この実施例における印加電界(E)は、負の誘電異方性のためにネマチック分子24を直接スイッチングすることはない。しかしながら、電界Eは、FLCP材料の自発分極のためにFLCPの分子をスイッチングし、このことは次に、弾性力を介してバルク層のネマチック液晶性分子24をスイッチングする(国際特許出願第WO00/03288号(特許文献4)参照)。従って、電界の極性(E)を変えることにより、基板21および22の面内でネマチックバルク24の配向の好ましい方向をスイッチングする(すなわち面内スイッチング)。   The applied electric field (E) in this embodiment does not switch nematic molecules 24 directly due to negative dielectric anisotropy. However, the electric field E switches the molecules of the FLCP due to the spontaneous polarization of the FLCP material, which in turn switches the nematic liquid crystalline molecules 24 of the bulk layer via elastic forces (International Patent Application No. WO 00 / 03288 (Patent Document 4)). Therefore, by changing the polarity (E) of the electric field, the preferred direction of orientation of the nematic bulk 24 is switched in the plane of the substrates 21 and 22 (ie, in-plane switching).

図32から分かるように、一方の電界特性(E)では分子のプレチルト角はネマチックバルク24にわたって一様な分布を有するが、他の電界極性(E)ではネマチックバルク24は斜向変形を生じさせ、この変形は図33に示されるようなフレクソエレクトリック分極(Pflexo)を生じさせる。しかしながら、FLCP層の自発分極(P)と同様に、フレクソエレクトリック分極(Pflexo)は電界(E)に線型に結合し、面内スイッチングを生じさせる。 As can be seen from FIG. 32, in one electric field characteristic (E), the molecular pretilt angle has a uniform distribution over the nematic bulk 24, but in the other electric field polarity (E), the nematic bulk 24 causes oblique deformation. This deformation causes flexoelectric polarization (P flexo ) as shown in FIG. However, like the spontaneous polarization (P s ) of the FLCP layer, the flexoelectric polarization (P flexo ) is linearly coupled to the electric field (E) and causes in-plane switching.

実施例1および2と同様に、総スイッチング時間(τrise+τfall)は25Vの印加電圧で約8〜12msとなることが分かった。 Similar to Examples 1 and 2, it was found that the total switching time (τ rise + τ fall ) was about 8 to 12 ms at an applied voltage of 25V.

電極23を有しない基板22におけるプレチルト角θが、電極パターン23を支持する電極21におけるプレチルト角θよりも小さい場合、最大のフレクソエレクトリック分極(Pflexo)が基本的には電極パターン23を支持する表面に局所化され、よって印加された電界(E)への結合がより強力となり、ネマチックバルク24のより効率的なスイッチング(すなわちより短いスイッチング時間)を可能にする。 Pretilt angle theta a in no substrate 22 of the electrode 23 is smaller than the pretilt angle theta b in the electrode 21 that supports the electrode pattern 23, the largest flexoelectric polarization (P flexo) is basically the electrode patterns 23 Is localized to the surface that supports and thus the coupling to the applied electric field (E) is stronger, allowing more efficient switching of the nematic bulk 24 (ie shorter switching time).

実施例4:
カイラルスメクチック配向膜と、互い違いに配置された電極とを備えるセル
Example 4:
A cell comprising a chiral smectic alignment film and staggered electrodes

この実施例で使用されるセル(図34)は、実施例3で使用された構造体と同じ構造体を有していた。しかしながら、この例では90°未満のプレチルト角(θ)を有する準ホメオトロピック配向を促進するよう、電極パターン27に沿って単一方向にラビングした配向膜(26)で、基板25および26の双方の内側表面をコーティングした(図34)。更に、FLCP層(図示せず)を基板25に平行なスメクチック層と配向させた。   The cell used in this example (FIG. 34) had the same structure as that used in Example 3. However, in this example, both the substrates 25 and 26 are alignment films (26) rubbed in a single direction along the electrode pattern 27 to promote quasi-homeotropic alignment with a pretilt angle (θ) of less than 90 °. The inner surface of was coated (FIG. 34). Further, an FLCP layer (not shown) was aligned with a smectic layer parallel to the substrate 25.

図34から分かるように、一方の電界極性(E)では分子プレチルト角はネマチックバルク28にわたって均一な分布を有するが、他方の電界極性(E)ではネマチックバルク28は屈曲変形を生じ、この変形は図35に示されるようなフレクソエレクトリック分極(Pflexo)を生じさせる。この分極(Pflexo)は電界(E)に線型に結合し、面内スイッチングを生じさせる。 As can be seen from FIG. 34, in one electric field polarity (E), the molecular pretilt angle has a uniform distribution over the nematic bulk 28, but in the other electric field polarity (E), the nematic bulk 28 undergoes bending deformation, and this deformation is Flexoelectric polarization (P flexo ) as shown in FIG. 35 is generated. This polarization (P flexo ) is linearly coupled to the electric field (E) and causes in-plane switching.

図36aおよび36bにはFLCP層のスイッチングが略図で示されている。   FIGS. 36a and 36b schematically show the switching of the FLCP layer.

ネマチックバルク28のスイッチング(スイッチング時間を含む)は、実施例3で説明したスイッチングと同様であることが分かった。   The switching of the nematic bulk 28 (including the switching time) was found to be the same as the switching described in Example 3.

実施例5:
複合配向(HAN)を有するバルク層と、フリンジ電界を発生する櫛歯状電極とを備えるセル
Example 5:
A cell comprising a bulk layer having composite orientation (HAN) and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

この実施例では、約2μmのセルギャップを形成する2つの平行なガラス基板29および30を備えるサンドイッチセルを使用した(図37)。基板29のうちの1つの内側表面上に、第1導電層31と、約300nmの厚さを有する絶縁層32と、櫛歯形状の第2導電層33を備えた電極パターンを設けた(片面デバイス)(図37)。図3には、この電極パターンによって発生されるフリンジ電界の成分の分布が示されている。   In this example, a sandwich cell with two parallel glass substrates 29 and 30 forming a cell gap of about 2 μm was used (FIG. 37). An electrode pattern including a first conductive layer 31, an insulating layer 32 having a thickness of about 300 nm, and a comb-shaped second conductive layer 33 is provided on the inner surface of one of the substrates 29 (one side) Device) (FIG. 37). FIG. 3 shows the distribution of the fringe electric field components generated by this electrode pattern.

実施例のように、櫛歯状電極33を支持する基板29の上に、セルギャップ内に設けられた液晶バルク層35のホメオトロピック配向を促進するニッサンSE1211から成る第1配向膜34を堆積した。   As in the example, a first alignment film 34 made of Nissan SE1211 for promoting homeotropic alignment of the liquid crystal bulk layer 35 provided in the cell gap was deposited on the substrate 29 supporting the comb-like electrode 33. .

実施例2のように、他方の基板30の内側表面にニッサンSE2170から成る第2配向膜36を堆積し、電極31および33に平行にラビングし、セルギャップ内に設けられた前記液晶バルク層35の均一なプレーナー配向を促進した。   As in the second embodiment, the second alignment film 36 made of Nissan SE2170 is deposited on the inner surface of the other substrate 30 and rubbed in parallel with the electrodes 31 and 33, and the liquid crystal bulk layer 35 provided in the cell gap. Promoted uniform planar orientation.

図2のように、負の誘電異方性(Δε<0)を有するネマチック液晶性材料MDA−05−187でセルギャップを充填した。   As shown in FIG. 2, the cell gap was filled with nematic liquid crystalline material MDA-05-187 having negative dielectric anisotropy (Δε <0).

従って、セルギャップを充填するネマチック液晶35はHAN構造(図37および38)となり、櫛歯状電極33を支持する基板29の近くに、最強のフレクソエレクトリック分極(Pflexo)が局所化する。図38〜40内の両側矢印はサンプルの光軸の方向を示す。 Therefore, the nematic liquid crystal 35 filling the cell gap has a HAN structure (FIGS. 37 and 38), and the strongest flexoelectric polarization (P flexo ) is localized near the substrate 29 that supports the comb-like electrode 33. The double-sided arrows in FIGS. 38 to 40 indicate the direction of the optical axis of the sample.

図39および40に示されるように、フリンジ電界(E)の平行成分は、櫛歯状電極33の2つの平行な側面に隣接するフレクソエレクトリック分極(Pflexo)を面内でそれぞれ時計回り方向および反時計回り方向にスイッチングさせ、実質的な電気光学的応答を生じさせる。 As shown in FIGS. 39 and 40, the parallel component of the fringe electric field (E) causes the flexoelectric polarization (P flexo ) adjacent to the two parallel side surfaces of the comb-like electrode 33 to rotate in the clockwise direction in the plane, respectively. And counterclockwise to produce a substantial electro-optic response.

しかしながら、図41および42に示されるように、フリンジ電界(E)の垂直成分は櫛歯状電極33の2つの平行な側面の間の中間におけるフレクソエレクトリック分極(Pflexo)を面外でスイッチングするが、このことは電気光学的応答を生じさせない。 However, as shown in FIGS. 41 and 42, the vertical component of the fringe electric field (E) switches the flexoelectric polarization (P flexo ) in the middle between the two parallel sides of the comb electrode 33 out of plane. However, this does not cause an electro-optic response.

このデバイスの表示画像は高いコントラストを有することが示された。図43は電界オン状態を示し、図44は電界オフ状態を示している。   The displayed image of this device was shown to have a high contrast. FIG. 43 shows the electric field on state, and FIG. 44 shows the electric field off state.

更に、面内スイッチングのためにデバイスは広い視野角も有する。   Furthermore, the device also has a wide viewing angle for in-plane switching.

更に、このデバイスにおいて、ネマチックバルク35のスイッチングを駆動するために必要な電圧は約6Vであり、この電圧は従来のIPSディスプレイに必要な電圧(15〜20V)よりもかなり低い。   Furthermore, in this device, the voltage required to drive the switching of the nematic bulk 35 is about 6V, which is considerably lower than the voltage required for conventional IPS displays (15-20V).

このデバイスの全スイッチング時間(τrise+τfall)は約3msであることが分かった。立ち上がり時間(τrise)は約2msであり、立ち下がり時間(τfall)は約0.9msであった。従って、スイッチング時間は従来のIPSディスプレイの場合の時間よりもかなり短くなった。 The total switching time (τ rise + τ fall ) of this device was found to be about 3 ms. The rise time (τ rise ) was about 2 ms, and the fall time (τ fall ) was about 0.9 ms. Therefore, the switching time is much shorter than that of the conventional IPS display.

実施例6:
複合配向(HAN)を有するバルク層と、フリンジ電界を発生する櫛歯状電極とを備えるセル
Example 6:
A cell comprising a bulk layer having composite orientation (HAN) and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

実施例5と同じように、この実施例では同じタイプのサンドイッチセルを使用したが、HANテクスチャーを反転させた。従って、電極を支持する基板における配向はプレーナー状であり、反対の基板における配向はホメオトロピックとなっていた(すなわち実施例1に同様であった)。   As in Example 5, the same type of sandwich cell was used in this example, but the HAN texture was inverted. Therefore, the orientation on the substrate supporting the electrode was planar, and the orientation on the opposite substrate was homeotropic (ie similar to Example 1).

更にセルギャップを別のネマチック液晶性材料、すなわち正の誘電異方性(Δε>0)を有する(メルク社によって供給された)MLC16000−000で充填した。この材料は実施例1でも使用されたものである。   The cell gap was further filled with another nematic liquid crystalline material, MLC 16000-000 (supplied by Merck) with positive dielectric anisotropy (Δε> 0). This material was also used in Example 1.

実施例1のように、ネマチック液晶はHAN構造となり、櫛歯状電極を支持する基板の近くで最強のフレクソエレクトリック分極(Pflexo)が局所化する。 As in Example 1, the nematic liquid crystal has a HAN structure, and the strongest flexoelectric polarization (P flexo ) is localized near the substrate supporting the comb-like electrode.

ネマチック材料のスイッチング(スイッチング時間を含む)は実施例5で説明したスイッチングと同様であることが分かった。   Nematic material switching (including switching time) was found to be similar to the switching described in Example 5.

実施例7:
カイラルスメクチック配向膜と、フリンジ電界を発生する櫛歯状電極とを備えるセル
Example 7:
A cell comprising a chiral smectic alignment film and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

この実施例で使用されるセル(図45)は実施例5で使用された構造と同じ構造を有していた。しかしながら、この実施例では、単一方向のプレーナー配向を促進するよう、櫛歯状電極41に平行にラビングしたニッサンSE−2170で基板37および38の双方の内側表面を被覆した。   The cell used in this example (FIG. 45) had the same structure as that used in Example 5. However, in this example, the inner surfaces of both substrates 37 and 38 were coated with Nissan SE-2170 rubbed parallel to the comb-like electrode 41 to promote unidirectional planar alignment.

電極41および42をカバーする配向膜の頂部には、強誘電性液晶ポリマー(FLCP)、より詳細には強力誘電性側鎖ポリシロキサンの薄膜43を堆積した。このFLCP膜43は本棚のような幾何学的形状に配向状態にあった。すなわち基板表面37に垂直なスメクチック層と配向状態にあった。負の誘電異方性(Δε<0)を有し、FLCP43内で不混和性(不溶性)である社内で調製したネマチック液晶性材料44でセルギャップを充填した。   A thin film 43 of ferroelectric liquid crystal polymer (FLCP), more specifically a strong dielectric side chain polysiloxane, was deposited on top of the alignment film covering the electrodes 41 and 42. The FLCP film 43 was in an oriented state in a geometric shape like a bookshelf. That is, it was in an oriented state with the smectic layer perpendicular to the substrate surface 37. The cell gap was filled with an in-house prepared nematic liquid crystalline material 44 having negative dielectric anisotropy (Δε <0) and immiscible (insoluble) in FLCP43.

実施例3のように、印加電界(E)は負の誘電異方性に起因し、ネマチック分子44を直接スイッチングすることはない。しかしながら、電界(E)はFLCP材料43の自発的分極により、FLCP43の分子をスイッチングし、このことは次に、弾性力を介してバルク層のネマチック液晶性分子44をスイッチングする(国際特許出願第WO00/03288号(特許文献4)参照)(図47および48)。   As in Example 3, the applied electric field (E) is caused by negative dielectric anisotropy and does not directly switch the nematic molecules 44. However, the electric field (E) switches the molecules of the FLCP 43 by spontaneous polarization of the FLCP material 43, which in turn switches the nematic liquid crystalline molecules 44 in the bulk layer via elastic forces (International Patent Application No. WO00 / 03288 (Patent Document 4)) (FIGS. 47 and 48).

フリンジ電界(E)を印加することによるFLCP分子43のスイッチングは、図51に示されるように、バルク全体に対する電界(すなわち別個の基板の表面に塗布される電極間に成生される電界)を印加するよりもより効率的であることが分かった。図51に示されるデバイスは、基板表面47および48の各々にそれぞれ塗布されたITO電極45および46と、前記ITO電極45および46に塗布されたFLCP層49および50とを含む。スペーサ51によって分離されたセルギャップは、アカイラルネマチック液晶性材料52によって満たされる。   Switching of the FLCP molecule 43 by applying a fringe electric field (E) causes the electric field for the entire bulk (ie, the electric field generated between electrodes applied to the surfaces of separate substrates), as shown in FIG. It was found to be more efficient than applying. The device shown in FIG. 51 includes ITO electrodes 45 and 46 applied to substrate surfaces 47 and 48, respectively, and FLCP layers 49 and 50 applied to the ITO electrodes 45 and 46, respectively. The cell gap separated by the spacer 51 is filled with the achiral nematic liquid crystalline material 52.

フリンジ電界を有するデバイスの表示された画像のコントラストは、全バルク層(図52)にわたって電界が発生されるデバイスの画像よりも、より高いコントラストを有することが示された(図49および50参照)。   The contrast of the displayed image of the device with fringing electric field was shown to have a higher contrast than the image of the device where the electric field is generated across the entire bulk layer (FIG. 52) (see FIGS. 49 and 50). .

更にフリンジ電界を有するデバイスの約6.7Vの駆動電圧は、全バルク層にわたって電界が成生されるデバイスの約50Vの駆動電圧よりもかなり低かった(オシロスコープに表示されるボルトは、測定デバイスの特性のため、10倍だけ乗算しなければならない)。   In addition, the drive voltage of about 6.7V for the device with fringing electric field was significantly lower than the drive voltage of about 50V for the device in which the electric field is generated across the entire bulk layer (the volt displayed on the oscilloscope is Because of the characteristics, it must be multiplied by 10 times).

実施例8:
カイラルスメクチック配向膜と、フリンジ電界を発生するための櫛歯状電極とを含むセル
Example 8:
A cell including a chiral smectic alignment film and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

実施例7を繰り返すが、ネマチック液晶性材料は正の誘電異方性(Δε>0)を示す。   Example 7 is repeated, but the nematic liquid crystalline material exhibits positive dielectric anisotropy (Δε> 0).

実施例9:
カイラルスメクチック配向膜と、フリンジ電界を発生するための櫛歯状電極とを含むセル
Example 9:
A cell including a chiral smectic alignment film and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

実施例7を繰り返すが、FLCP層は基板表面に平行なスメクチック層と配向状態にある。図53および54にはFLCPの予想されるスイッチングが示されている。   Example 7 is repeated, but the FLCP layer is aligned with the smectic layer parallel to the substrate surface. 53 and 54 show the expected switching of FLCP.

実施例10:
カイラルスメクチック配向膜とフリンジ電界を発生するための櫛歯状電極とを備えるセル(両面デバイス)
Example 10:
A cell (double-sided device) comprising a chiral smectic alignment film and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

実施例7を繰り返すが、基板53および54の双方の近くでフリンジ電界を発生するため、基板53および54の各内側表面は上に開示した電極パターン55および56をそれぞれ支持している(両面デバイス)(図55)。更に、各基板表面53および54はパッシブな配向膜57および58をそれぞれ備え、更に各電極パターン55および56にそれぞれ堆積され、アカイラルネマチック液晶性バルク層61に向いたFLCP層59および60を備える。   Example 7 is repeated, but in order to generate a fringe electric field near both substrates 53 and 54, each inner surface of substrates 53 and 54 supports the electrode patterns 55 and 56 disclosed above, respectively (double-sided device). (FIG. 55). Further, each substrate surface 53 and 54 includes passive alignment films 57 and 58, respectively, and further includes FLCP layers 59 and 60, which are deposited on the electrode patterns 55 and 56, respectively, and face the achiral nematic liquid crystalline bulk layer 61. .

実施例11:
カイラルスメクチック配向膜とフリンジ電界を発生するための櫛歯状電極とを備えるセル(両面デバイス)
Example 11:
A cell (double-sided device) comprising a chiral smectic alignment film and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

実施例8を繰り返すが、基板の双方の内側表面は、双方の基板表面の近くでフリンジ電界を発生するための、上に開示した電極パターンを支持している(両面デバイス)。   Example 8 is repeated, but both inner surfaces of the substrate support the electrode pattern disclosed above for generating a fringe field near both substrate surfaces (double-sided device).

実施例12:
カイラルスメクチックサブ容積部とフリンジ電界を発生するための櫛歯状電極とを備えるセル(両面デバイス)
Example 12:
Cell (double-sided device) comprising a chiral smectic sub-volume and a comb-like electrode for generating a fringe electric field

実施例7を繰り返すが、基板の各内側表面は、上に開示した電極パターンを支持しており(両面デバイス)、各基板表面はパッシブな配向膜を含む。しかしながら、各配向膜をFLCP層で被覆する代わりに、配向膜にカイラル分子(カイラルドーパント)が付着されている。更にセルギャップは、アカイラルスメクチック液晶性材料で充填されており、カイラル分子はアカイラルスメクチックバルク層のサブ容積部内、よって櫛状電極を支持する基板の近くに位置するスイッチング可能な強誘電性サブ容積部内に、カイラル性を誘導する。   Example 7 is repeated, but each inner surface of the substrate supports the electrode pattern disclosed above (double-sided device), and each substrate surface includes a passive alignment film. However, instead of covering each alignment film with the FLCP layer, a chiral molecule (chiral dopant) is attached to the alignment film. In addition, the cell gap is filled with an achiral smectic liquid crystalline material, and the chiral molecules are located in the subvolume of the achiral smectic bulk layer, and thus close to the substrate supporting the comb-like electrode. In the volume part, chirality is induced.

以上で、本発明の特定の実施形態を参照し、本発明について詳細に記述したが、当業者であれば、発明の要旨および範囲から逸脱することなく種々の分極および変形を行うことができることは明らかであろう。   Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments of the present invention, those skilled in the art can perform various polarizations and modifications without departing from the spirit and scope of the invention. It will be clear.

Claims (24)

第1および第2閉じ込め基板と、
前記基板の間に配置された液晶バルク層と、
前記第1基板の内側表面に塗布された第1電極パターンと、
前記バルク層のバルク表面において、前記バルク層と相互作用するように配置されており、前記第1電極パターン上に塗布された第1配向膜とを備え、
前記第1電極パターンは、前記第1配向膜に隣接する前記バルク層の第1サブ容積部に対して、均一でない電界を発生するように配置されており、前記電界は電気力線の方向および電界強度に関して均一でなく、前記電界は前記第1配向膜に対しても成生される液晶デバイスにおいて、
前記第1サブ容積部内および/または前記第1配向膜内に含まれる、分極状態にある液晶を更に備え、前記液晶の分極は、(i)前記第1サブ容積部および/または前記第1配向膜の外部、および(ii)前記第2基板および/または前記第2基板上に配置された第2配向膜に隣接した前記バルク層の第2サブ容積部の外部の前記バルク層のどのような起こり得る同様な液晶分極よりも強力であり、前記第1サブ容積部内および/または前記第1配向膜内に含まれる分極した状態の前記液晶は、前記電界と前記分極との間の結合により少なくとも部分的にスイッチングされ、弾性力により前記バルク層の液晶のスイッチングが達成されることを特徴とする液晶デバイス。
First and second confinement substrates;
A liquid crystal bulk layer disposed between the substrates;
A first electrode pattern applied to an inner surface of the first substrate;
A first alignment film disposed on the bulk surface of the bulk layer so as to interact with the bulk layer, and applied on the first electrode pattern;
The first electrode pattern is disposed to generate a non-uniform electric field with respect to the first sub-volume portion of the bulk layer adjacent to the first alignment layer, and the electric field has a direction of electric lines of force and In the liquid crystal device in which the electric field strength is not uniform and the electric field is also generated for the first alignment film,
The liquid crystal in the polarization state is further included in the first sub-volume section and / or the first alignment film, and the polarization of the liquid crystal is (i) the first sub-volume section and / or the first alignment. Any of the bulk layer outside the film, and (ii) outside the second subvolume of the bulk layer adjacent to the second substrate and / or a second alignment film disposed on the second substrate The liquid crystal in a polarized state, which is stronger than similar liquid crystal polarization that can occur and is contained in the first sub-volume and / or in the first alignment film, is at least due to the coupling between the electric field and the polarization. A liquid crystal device, wherein the liquid crystal device is partially switched, and switching of the liquid crystal of the bulk layer is achieved by elastic force.
請求項1に記載の液晶デバイスであって、前記第2電極パターンに隣接する前記バルク層の前記第2サブ容積部に対しても均一でない電界を発生するよう、前記第2基板の前記内側表面に第2電極パターンが塗布されており、前記電界は電気力線の方向および電界の強度に関して均一でなく、前記第2電極パターン上には第2配向膜が塗布されている、液晶デバイス。   2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the inner surface of the second substrate generates a non-uniform electric field for the second sub-volume of the bulk layer adjacent to the second electrode pattern. The second electrode pattern is applied to the liquid crystal device, the electric field is not uniform with respect to the direction of the lines of electric force and the strength of the electric field, and a second alignment film is applied on the second electrode pattern. 請求項1または2に記載の液晶デバイスであって、前記第1サブ容積部内および/または前記配向膜内の前記分極は、前記第1サブ容積部および/または前記配向膜の外の前記バルク層のどのような起こり得る同様な液晶の分極よりも強力である、液晶デバイス。   3. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the polarization in the first sub-volume section and / or in the alignment film is caused by the bulk layer outside the first sub-volume section and / or the alignment film. A liquid crystal device that is more powerful than any possible similar liquid crystal polarization. 請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載のデバイスであって、分極状態にある前記液晶と前記電界との間の結合は、強誘電結合、反強誘電結合、常誘電結合、フレクソエレクトリック結合およびこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されたものである、液晶デバイス。   The device according to any one of claims 1 to 3, wherein the coupling between the liquid crystal in the polarization state and the electric field is a ferroelectric coupling, an antiferroelectric coupling, a paraelectric coupling, a flexible coupling. A liquid crystal device that is selected from the group consisting of a xoelectric bond and any combination thereof. 請求項4に記載の液晶デバイスであって、分極状態にある液晶と前記電界との間の結合は強誘電結合である、液晶デバイス。   5. The liquid crystal device according to claim 4, wherein the coupling between the liquid crystal in a polarized state and the electric field is a ferroelectric coupling. 請求項5に記載の液晶デバイスであって、前記配向膜は自発分極を生じる液晶性材料を含む、液晶デバイス。   The liquid crystal device according to claim 5, wherein the alignment film includes a liquid crystalline material that generates spontaneous polarization. 請求項6に記載の液晶デバイスであって、前記配向膜は、カイラルスメクチックC、SmC、液晶性材料を含む、液晶デバイス。 The liquid crystal device according to claim 6, wherein the alignment film includes chiral smectic C, SmC * , and a liquid crystalline material. 請求項4に記載の液晶デバイスであって、自発分極を生じる前記液晶性材料は、前記電界と強誘電結合、反強誘電結合および/または常誘電結合できる液晶性ポリマーである、液晶デバイス。   5. The liquid crystal device according to claim 4, wherein the liquid crystalline material that generates spontaneous polarization is a liquid crystalline polymer capable of ferroelectric coupling, antiferroelectric coupling, and / or paraelectric coupling with the electric field. 請求項5に記載の液晶デバイスであって、前記サブ容積部は誘導された自発分極を示す液晶性材料を含む、液晶デバイス。   The liquid crystal device according to claim 5, wherein the sub-volume part includes a liquid crystalline material exhibiting induced spontaneous polarization. 請求項9に記載の液晶デバイスであって、カイラルドーパントが前記第1サブ容積部内の少なくとも1つの表面に永続的に付着される結果、バルク層内に均一的でないように分布しており、それによって前記第1サブ容積部内の1つ以上のカイラル性に関連する物理的性質の局部的増加を生じさせ、前記表面で最大となり前記表面から離間するにつれ減少する不均一分布を有する自発分極を発生させ、前記カイラルドーパントは前記液晶バルク層内で可溶性である、液晶デバイス。   10. The liquid crystal device according to claim 9, wherein a chiral dopant is distributed non-uniformly in the bulk layer as a result of being permanently attached to at least one surface in the first subvolume. Causes a local increase in one or more chiral properties related to the chirality in the first sub-volume, and produces a spontaneous polarization having a non-uniform distribution that is maximal at the surface and decreases as the distance from the surface increases. And the chiral dopant is soluble in the liquid crystal bulk layer. 請求項4に記載の液晶デバイスであって、分極状態にある液晶と前記電界との間の結合は、フレクソエレクトリック結合である、液晶デバイス。   5. The liquid crystal device according to claim 4, wherein the coupling between the polarized liquid crystal and the electric field is a flexoelectric coupling. 請求項11に記載の液晶デバイスであって、前記カイラルドーパントが、前記第1サブ容積部内の少なくとも1つの表面に永続的に付着される結果、バルク層内に均一的でないように分布しており、それによって前記第1サブ容積部内の1つ以上の物理的性質の局部的増加を促進させ、前記表面で最大となり前記表面から離間するにつれ減少する不均一分布を有する自発分極の発生を促進し、前記カイラルドーパントは前記液晶バルク層内で可溶性である、液晶デバイス。   12. The liquid crystal device according to claim 11, wherein the chiral dopant is distributed non-uniformly in the bulk layer as a result of being permanently attached to at least one surface in the first subvolume. Thereby facilitating the local increase of one or more physical properties in the first sub-volume and the generation of spontaneous polarization having a non-uniform distribution that is maximized at the surface and decreases as the distance from the surface increases. The liquid crystal device, wherein the chiral dopant is soluble in the liquid crystal bulk layer. 請求項12に記載の液晶デバイスであって、前記ドーパントは、バナナ形状、ドロップ形状、ドロップ−バナナ複合形状のドーパント、およびこれらの2つ以上の任意の混合物から成る群から選択されたものである、液晶デバイス。   13. The liquid crystal device according to claim 12, wherein the dopant is selected from the group consisting of banana shape, drop shape, drop-banana composite shape dopant, and any mixture of two or more thereof. LCD device. 請求項11に記載の液晶デバイスであって、分極状態にある液晶と前記電界との間の結合は、フレクソエレクトリック結合と誘電結合の組み合わせである、液晶デバイス。   The liquid crystal device according to claim 11, wherein the coupling between the liquid crystal in a polarized state and the electric field is a combination of a flexoelectric coupling and a dielectric coupling. 請求項11に記載の液晶デバイスであって、前記液晶バルク層は、弾性変形下でフレクソエレクトリック分極を生じるネマチック液晶性材料を含む、液晶デバイス。   12. The liquid crystal device according to claim 11, wherein the liquid crystal bulk layer includes a nematic liquid crystalline material that generates flexoelectric polarization under elastic deformation. 請求項15に記載の液晶デバイスであって、前記第1サブ容積部の液晶の分極は、変化したアンカー特性および/または前記第1サブ容積部内に延びる突起を有する前記配向膜によって生じる液晶バルク層内の斜向変形および/または屈曲変形によって生じる、液晶デバイス。   16. The liquid crystal device according to claim 15, wherein the polarization of the liquid crystal in the first sub-volume section is generated by the alignment film having changed anchor characteristics and / or protrusions extending into the first sub-volume section. A liquid crystal device caused by oblique deformation and / or bending deformation within the liquid crystal device. 請求項15に記載の液晶デバイスであって、前記液晶バルク層は、斜向・屈曲複合変形を示し、eはフレクソエレクトリック分極の主要フレクソエレクトリック係数であり、前記第1サブ容積部の前記液晶は、屈曲変形を生じる、液晶デバイス。 A liquid crystal device according to claim 15, wherein the liquid crystal bulk layer showed HasuMuko-bending complex deformation, e b is a major flexoelectric coefficients flexoelectric polarization, said first subvolume The liquid crystal is a liquid crystal device that causes bending deformation. 請求項15に記載の液晶デバイスであって、前記液晶バルク層は斜向・屈曲複合変形を生じ、eはフレクソエレクトリック分極の主要フレクソエレクトリック係数であり、前記第1サブ容積部の前記液晶は斜向変形を生じる、液晶デバイス。 A liquid crystal device according to claim 15, wherein the liquid crystal bulk layer results in HasuMuko-bending complex deformation, e s is the major flexoelectric coefficients flexoelectric polarization, the said first subvolume A liquid crystal device that produces oblique deformation. 請求項15に記載の液晶デバイスであって、前記液晶バルク層は正の誘電異方性および斜向変形を生じ、前記基板の各々の内側表面には電極パターンが塗布されており、この電極パターンに隣接するバルク層の各サブ容積部に対して均一でない電界を発生させるようになっている、液晶デバイス。   16. The liquid crystal device according to claim 15, wherein the liquid crystal bulk layer has positive dielectric anisotropy and oblique deformation, and an electrode pattern is applied to each inner surface of the substrate. A liquid crystal device adapted to generate a non-uniform electric field for each sub-volume of the bulk layer adjacent to. 請求項15に記載の液晶デバイスにあって、前記液晶バルク層は負の誘電異方性および屈曲変形を生じ、前記基板の各々の内側表面には電極パターンが塗布されており、この電極パターンに隣接するバルク層の各サブ容積部に対して均一でない電界を発生させるようになっている、液晶デバイス。   16. The liquid crystal device according to claim 15, wherein the liquid crystal bulk layer has negative dielectric anisotropy and bending deformation, and an electrode pattern is applied to each inner surface of the substrate. A liquid crystal device adapted to generate a non-uniform electric field for each sub-volume of an adjacent bulk layer. 請求項1〜20のうちのいずれか1項に記載の液晶デバイスであって、電極パターンは互い違いに配置された電極を含む、液晶デバイス。   21. The liquid crystal device according to any one of claims 1 to 20, wherein the electrode pattern includes electrodes arranged alternately. 請求項1〜20のうちのいずれか1項に記載の液晶デバイスであって、前記電極パターンはフリンジ電界発生電極を含む、液晶デバイス。   21. The liquid crystal device according to any one of claims 1 to 20, wherein the electrode pattern includes a fringe electric field generating electrode. 請求項22に記載の液晶デバイスであって、前記電極パターンは、前記基板に配置された第1導電層と、前記第1導電層に配置された絶縁層と、前記絶縁層の頂部に配置された第2導電層とを備え、前記第2導電層は櫛歯状形状を有する、液晶デバイス。   23. The liquid crystal device according to claim 22, wherein the electrode pattern is disposed on a first conductive layer disposed on the substrate, an insulating layer disposed on the first conductive layer, and a top portion of the insulating layer. And a second conductive layer, wherein the second conductive layer has a comb-like shape. 請求項22に記載の液晶デバイスであって、前記電極パターンは、前記基板に配置された第1導電層と、前記第1導電層に配置された絶縁層と、前記絶縁層の頂部に配置された第2導電層とを備え、前記第2導電層は開口部を有する、液晶デバイス。   23. The liquid crystal device according to claim 22, wherein the electrode pattern is disposed on a first conductive layer disposed on the substrate, an insulating layer disposed on the first conductive layer, and a top portion of the insulating layer. And a second conductive layer, wherein the second conductive layer has an opening.
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